Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Оценка биологической эффективности инфракрасного низкоинтенсивного импульсного лазерного излучения на уровне характеристик приспособленности у DROSOPHILA MELANOGASTER

ВАК РФ 03.00.01, Радиобиология

Автореферат диссертации по теме "Оценка биологической эффективности инфракрасного низкоинтенсивного импульсного лазерного излучения на уровне характеристик приспособленности у DROSOPHILA MELANOGASTER"

РГ6 О»

I (\ВГ

На правах рукописи

ЭНДЕБЕРА Олег Петрович

ОЦЕНКА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНФРАКРАСНОГО НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ИМПУЛЬСНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА УРОВНЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИСПОСОБЛЕННОСТИ У ОКОБОРШЬА МЕЬАМСАБТЕК

(03.00.01 — Радиобиология)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

ОБНИНСК — 1996

Работа выполнена в Калужском государственном педагогическом университете им. ,К. Э. Циолковского.

Научные руководители:

академик ЛАН РФ, доктор биологических наук, профессор Г. В. Чернова

академик ЛАН РФ, доктор медицинских наук, профессор М. А. Каплан

академик ЛАН РФ, доктор технических наук, профессор А. Р. Евстигнеев

Ведущая организация:

Санкт-Петербургский государственный аграрный университет (г. Санкт-Петербург — Пушкин).

Защита состоится «ъф/^рф^996 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 001.11.01 ,в Медицинском .радиологическом научном центре РАМН (249020, г. Обнинск, Калужской обл., ул. Королева, д. 4).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Медицинского радиологического научного центра РАМН.

Автореферат разослан » Л^У^&^ЭЭб года.

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор А. В. Севанькаев;

7

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор медицинских наук В. А. КУЛИКОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Низкоинт.енсив-ное лазерное излучение (НЛИ) является высокоэффективным фактором, влияющим на функционирование биологических систем эазличных уровней организации (Резников и др., 1989; Smol' iani-nova et al., ¡1990; Bermudez et al., 1991; Байбеков и др., 1992). Общие и локальные биологические эффекты, так или иначе затрагивающие функционирование репродуктивных систем организмов или отражающиеся на половом поведении, в конечном итоге называются на такой эволюционно значимой характеристике, как индивидуальная приспособленность особей. Приспособленность (репродуктивный вклад особей в следующее поколение) — это ;воего рода сверхпризнак, составляющими которого являются, в чахлости, плодовитость, выживаемость (жизнеспособность), масса гела и некоторые другие признаки.

Оценка приспособленности, в связи со значительными трудностями ее непосредственного изучения, в большинстве случаев про-зодится на уровне ее компонент. Изменение некоторых из этих <омпонент под действием НЛИ различных длин волн отмечено ! ряда одноклеточных организмов (Karu, 1987; Тифлова, 1993). Эднако влияние НЛИ на индивидуальную приспособленность многоклеточных организмов практически не оценивалось.

Для НЛИ различных длин волн выявлены также 'Многочислен-ше проявления модифицирующих эффектов на фоне действия раз-шчных химических агентов (Саркисян, Теодорович, 1980; Wilson et al., 1993). В то же время характер комбинированного действия 1нфракрасного (ИК) НЛИ и тяжелых металлов, являющихся од-шмн из наиболее опасных химических шолютантов окружающей триродной среды (Пинский, Орешкик, 1991), фактически не изучен.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью настоящей диссертации являлось изучение, влияния ИК НЛИ =890 нм) на сдельные компоненты приспособленности и некоторые геномные ¡арактеристики многоклеточного организма в норме и на фоне хействия тяжелых металлов.

Для реализации поставленной цели были решены следующие )Сновные задачи:

1. Изучить воздействие ИК НЛИ в дозах, применяемых в кли-шке и эксперименте, на плодовитость экспонировашшх особей 5 зависимости от их генотипа и пола в условиях тотального облу-1ения.

2. Оценить воздействие ИК НЛИ на размеры тела и плодо: тость потомства экспонированных особей в зависимости от по экспонированной родительской формы и пола потомства.

3. Выявить влияние тотального облучения ИК. НЛИ на чаете реципрокной рекомбинации между сцепленными генами в зави> мости от дозы энергии.

4. Изучить проявления 'модифицирующего эффекта ИК Н/ на уровне компонент приспособленности (плодовитости родите, ских форм, выживаемости их потомства) на фоне индивидуалы го и сочетанного действия свинца и ванадия.

5. Определить тип комбинированного действия. ИК НЛИ и • желых металлов в зависимости от пола экспонированных особ|

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Предложена методика оценки биоло: чсских эффектов НЛИ на уровне компонент индивидуальной п{ способленности. Установлен дифференцированный в зависимое от пола экспонированной особи характер биологических эффект НЛИ на уровне составляющих приспособленности. Определен т комбинированного действия НЛИ и тяжелых металлов (РЬ и

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. Предложенн в настоящей работе методика может быть использована при и; чении биологической эффективности НЛИ разных длин волн уровне характеристик индивидуальной приспособленности особ( при биотестировании различных техногенных химических пол тантов природных сред, а также при оценке 'модифицирующих э фектов НЛИ на фоне действия различных химических агенте Полученные данные ислольз'уются в ряде курсов при обучен студентов (специальность «Биология») в Калужском государстве ном педагогическом университете им. К. Э. Циолковского.

ПУБЛИКАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты по материалам диссс тации опубликованы в 10 научных (работах.

АПРОБАЦИЯ -РАБОТЫ. Основные результаты исследован: доложены и обсуждены на Всероссийских конференциях «Антр погенные воздействия и здоровье человека» (г. Калуга, 1995 I и «Низкоинтенсивное лазерное излучение: механизмы действия : живой организм в эксперименте и клинической медицине, фотод намическая терапия и лазерная гипертемия» (1995, г. Обнинсь Диссертация апробирована на научно-практической конференц] профессорско-преподавательского состава Калужского государс венного педагогического университета им. К. Э. Циолковско (1995 г.).

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация изложена ] 166 страницах 'машинописного текста, состоит из введения, обзо] литературы, материала и методов исследования, результатов со

:твенных исследований, обсуждения .результатов, выводов, практических предложений и списка литературы, содержащего 265 названии (в том числе 94 иностранных). Работа включает 10 таблиц :i 21 рисунок.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом исследовании служила Drosophila melanogaster (Drosophilidae, Díptera) линий: Д-32 — низкомугабильная линия здкого типа; bcnvg-black (II; 48,5); cinnabar (II; 57,5); vestigial (II; 67,0), несколько замедлен метаморфоз (Lindsley, Grell, 1968); эсп; гетерозиготы b + cn+/bcn (самцы, либо самки)—фенотип хдикого» типа. Всего исследовано 263 243 особи.

При изучении влияния И К. ИЛИ на характеристики приспособ-тенности в чистолинейных скрещиваниях экспериментальные груп-ты формировались из 2—3-суточных самок и самцов, получен-шх по (Мыльников, 1991), линий Д-32 или bcnvg в соотношении i: 4 на пробирку. Предварительно самцы или самки подвергались воздействию ПК ИЛИ.

При изучении влияния И К. ИЛИ па частоту рекомбинации ре-типрокно скрещивались особи b+cn r/bcn, предварительно облученные ИЛИ, и Ьсп в возрасте 2—3-х суток в соотношении 4:4.

Включавшиеся в скрещивания особи размножались на стандартной питательной среде в специальных сосудах при 24,0±0,1°С. Продолжительность размножения Р-форм в обоих случаях состав-пяла 8 суток (два этапа по.4 суток; по окончании первого этапа Р-особи переносились на свежую среду, в конце второго — устранись из эксперимента).

При изучении модифицирующего эффекта ПК ИЛИ на фоне шдивидуального или сочетанного действия ТМ в чистолинейные. жрещивания включались 2—3-суточные самцы и самки Д-32 з соотношении 4:4 на пробирку. Период размножения составлял )6 часов и состоял из 4-х этапов по 24 ч. Перед разливкой среды з нее вводились РЬ и V в виде РЬСЬ и V2O5 («ч. д. а.»), соответст-зенно. Все взвешивания производились на аналитических весах ВЛР-200 г.

Расчетная массовая доля (wTe0p.) TM в трофическом субстрате составляла: для Pb 30-10"3%, для V — 5 • 10 ~3 % - Фактическая массовая доля TM (w факт,) в субстрате и в объекте определялась методом спектрального анализа. Она составила: в рас-1ете на сырую массу субстрата — для РЬ— (31,18± 1,37) • 10~3%, 1ля V— (5,00±0,75) • 10"3%; в расчете на сырую массу объек-га — для РЬ— (6,59 + 0,27/) • 10-5%, для V — (3,85±0,55) . 10 ~ 5%.

Параллельно с опытными производились контрольные скрещи-зання по аналогичным схемам. Все исследования проведены в 8 ювторностях.

В качестве источника ИК НЛИ использовался АЛТ «Узор» (ЛПИ-102), Я = 890 нм. Тотальное облучение объекта НЛИ производилось в затемненной лаборатории на предметном стекле с вентральной стороны с использованием комплектующей направляющей насадки с расстояния 4 мм. Предварительно объект подвергался наркотизации до полного обездвиживания с одновременной наркотизацией контрольных особей. Расчет экспозиционной дозы энергии НЛИ производился по (Применение лазерного терапевтического аппарата на арсениде галлия, 1990).

В качестве основных компонент приспособленности учитывались: плодовитость (Ь| ), оценивавшаяся по количеству вылетевшего имаго р! и Рг, количество самцов (Ищ) и самок (И^ в потомстве Н1 и Рг (все показатели определялись как для 1—4 и 5—8 суток размножения, так и суммарно, по итогам двух этапов — итоговые показатели); масса тела (ш), длина груди (1) и соотношение длин головы и груди (1с /1( ) потомства р! и Рг. Масса особей определялась на аналитических весах ВЛР-200 г. Морфо.мет-рические измерения производились с помощью <бинокуляра МБС-9 и окуляр-микрометра (8х), при общем увеличении 16х.

Частоту рекомбинацик сцепленных генов оценивали ою соотношению количества рекомбинантных форм и общей численности потомства анализирующего скрещивания (Ра).

При изучении комбинированного действия ИК НЛИ и ТМ определялись следующие показатели: Ь() —плодовитость Р-особей, оцененная по количеству отложенных самками яиц, Ьр —количество куколок и Ь, —количество имаго в потомстве р1 и Рг. Исходя из этих характеристик рассчитывался индекс эффекта (1те)-

На основании показателей плодовитости определялась выживаемость потомства на стадиях яйца и личинки (Бол ) и на стадии куколки (Бр).

Все показатели определялись как на каждом этапе, так и суммарно— по итогам всех ¡предыдущих этапов (суммарные показатели).

Статистическая обработка производилась стандартными методами.

РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Приспособленность организмов в 'настоящей работе рассматривалась как результирующая всех онтогенетических и физиологических процессов. Различия особей по этим процессам проявляются в виде изменчивости некоторых свойств, которые можно исследовать как количественные признаки, являющиеся компонентами приспособленности. С другой стороны, каждая особь является представителем определенного вида живых организмов, сфор-

мировавшегося в результате длительного эволюционного процесса, характеризующемся определенными признаками (в том числе и количественными), изменяющимися в пределах нормы реакции, некоторые из которых на уровне особи оценивались нами в качестве компонент ее приспособленности. Приспособленность организмов является своего рода «значащим признаком» для естественного отбора. Различия в приспособленности особей могут быть обусловлены различиями всего в нескольких или даже в одной из ее компонент.

В качестве основных компонент приспособленности учитывались плодовитость и выживаемость (Mather, Jones, 1958; Георгиевский, 1980), масса тела, размерные характеристики груди (Нет-mingssen, 1960; Рокицкий и др., 1977).

Влияние ИК НЛИ на плодовитость особей дикого типа (линия Д-32)

Результаты, полученные при изучении изменений показателей плодовитости Drosophila melanogaster под действием ИК НЛИ показаны в таблицах 1—4.

ТАБЛИЦА 1

Плодовитость (Ь,) Р-особей линии Д-32 (НЛИ экспонированы самцы)

Доза, Дж/см2 1 —4 сутки 5 —8 сутки Итого

п М±ш п М±гп п М±гп

1 2 3 4 5 6 7

0,0012 885 3'6,88±3,13 123:2 38,50 ±2,50 '2067 75,38 ±5,63

К ai6 34,00± 1,57 1081 313,75±1,76 1897 67,75 ± 1,17

0,00120 1005 31,25 ±12,25 9S5 29,38±3,88 1990 60,63±6,15

К 920 28,75 ±0,50 851 26,63 ±14,38 1334 55,37±3;86

0,0089 689 21,60±0,73 9-S2 29,25 ±'2,63 1334 50,75 ±3,35

0,0280 687 '20-,50 ±'1,65 706 2,2,60 ±'1,90 1393 43,50 ±0,63

0,0450 648 20,50 ±'2,13 713 21,75 ±>1,70 1361 42,50 ± 1,40

0,0890 704 22,00±0,88 1135 35,50 ±6,25 1839 57,50 ±6,95

0,1400 520 16,50 ±0,80 504 15,75±0,73 1024 32,25 ±1,43

0,2810 607 19,00±;i,83 1034 32,25±4,63 1*0411 5.1,25 ±6,15

К 728 22,75 ±2,45 624 21,25 ±1,35 1352 '44,00±3,53

Примечание: различия между опытными и контрольными группами достоверны при: * —р<0,05; ** — р<0,01; *** — ,р<0,001;

4Ф — тенденция к достоверности при р<0,1. Здесь и далее все характеристики плодовитости (Ь) даны в расчете на одну исходную самку.

Согласно табл. 1, облучение самцов линии Д-32 ИК НЛИ в дозах 0,0089, 0,0890, 0,1400 и 0,2810 Дж/см2 вызвало изменения плодовитости Р-особей на 5—8 сутки размножения (2 этап). Так, в первом случае отмечено увеличение плодовитости (Ь |) на втором этапе размножения на 38,00%, но втором случае — на 67,00%, в третьем — данный показатель был снижен на 25,98%, в четвертом— повышен на 51,76%.

Дозы 0,0012, 0,0020, 0,0280 и 0,0450 Дж/см2 по отношению к плодовитости Р-особей в случае экспонирования самцов дикого типа были неэффективны.

При экспонировании ИК НЛИ самок дикого типа для доз 0,0012 и 0,0020 Дж/см2 отмечены стимулирующие эффекты НЛИ, проявившиеся в увеличении Ь,- в первые 96 часов размножения (1-й этап) на 23,53 и 13,91 % соответственно (табл. 2). Однако при использовании доз 0,0830, 0,1400 и 0,2810 Дж/см2 показано снижение этого же показателя в 1—4 сутки размножения на 20,80, 26,61 и 16,81% соответственно. В последнем случае выявлено также снижение Ь) на 5—8 сутки размножения (2-й этап Р-особей — на 15,47%.

Дозы 0,0089, 0,0280 и 0,0450 Дж/см2 по отношению к плодовитости (Ь] ) самок линии Д-32, как следует из табл. 2, были неэффективны. Облучение самок линии Д-32 ИК НЛИ в дозах 0,0012, 0,0890, 0,1400 и 0,2810 Дж/см2 привело также к изменению итоговых характеристик плодовитости (1—8 сутки размножения Р-особей). В первом случае увеличение итоговых значений Ь[ составило 17,02%, для трех других доз показано снижение данного показателя соответственно на 21,07, 23,97 и 16,64% (табл.2).

ТАБЛИЦА 2

Плодовитость Р-особей линии Д-32

(НЛИ экспонированы самки)_

1 2 8 4 5 6 7

0,0012 К 1001 816 * ■ 42,00±2,46 34,00± 1,57 1180 1081 36,75±3,50 33,75± 1,76 2301 1897 ** 79,29 ±1,76 67,75 ±1,17

0,0020 К 0,0089 0,0280 0,0450 1018 920 1021 1227 1112 3,2,75 ±0,50 28,75 ±0,50 31,88±7,65 38„25±5,16 34,75 ±4,37 780 851 1177 140:0 1160 24,38±2,87 26,63 ±4,38 36,75±0,25 43,75±,1,88 35,75 ±3,13 1828 1771 2198 2627 2272 57,13±3,37 55,37±3,86 71,38 ±6,15 82,00 ±13,00 71,00±6,63

0,0890 1037 32,38±0,75 1024 32,00 ±7,15 2061 64,63±7£5

0,1400 1056 30,00±0,76 1033 32,25±3,40 2089 62,25 ±7,25

0,2810 К 1088 1309 34,00 ±0,13>3 40,88± 1,42 1096 1312 | 34,25 ±2,00 41,00±!2,50 1 2184 2621 68,25 ±2,50 81,88±3,63

Достоверное изменение (уменьшение) итоговых показателей збщей плодовитости (Ь|) Р-особей в результате облучения сам-хов дикого типа показано только для дозы 0,1400 Дж/см2 (табл. 1).

Влияние И К НЛИ на плодовитость мутантных особей (линия Ьспу^т)

Применение при экспонировании самок Ьспу§ дозы ),0020 Дж/см2 вызвало снижение только количества самок (Ы( ) в Р] на 1—4 и 5—8 сутки размножения и не отразилось 'на показателе плодовитости (Ь, ); для дозы 0,0089 Дж/см2 показано повы-иение Ь( «а 5—8 сутки размножения на 33,64%. что привело к достоверному (р<0,05) увеличению соответствующего итогового показателя. При использовании для облучения самок линии Ьспу£ доз энергии 0,1400 и 0,2810 Дж/см2 отмечено повышение Ь! : в первом :лучае — на 36,20% на 5—8 сутки размножения, во втором — на 69,12% в 1—4 сутки, с увеличением итогового показателя Ь,- на 36,25% по сравнению с контрольной группой (табл. 3).

ТАБЛИЦА 3

Плодовитость Р-особей линии Ьспу£ (НЛИ экспонированы самки)

1 2 3 4 5 6 7

0,0020 545 17,00 + 0,05 692 20„13 + 0,12 1177 37,13±0,38

К 960 30,00 + 6,78 780 24,38+2,13 * * 1740 54,38±8,90 *

0,0089 844 26,38± 1,63 872 28,90+0,01 1716 55,13± 1,63

0,0280 789 24,63± 0,38 988 19,88+3,63 1777 44,50±3,26

0,0450 476 14,88 ± 7,35 666 20,78 + 3,34 1141 35,67±3,78

0,0890 513 16,00 + 4,01 667 120,'88+'2,88 * * 1180 3'6,'88± 1,13

0,1.400 489 15,25± 2,26 945 29,50 + 2,26 1434 44,75±4,50 *

0,(2810 912 23,75 + 0,50 764 23,^7+4,08 1676 92,63±:2,63

К 545 17,00± 5,03 692 '21,62+1,88 1237 38,62±5,90

При экспонировании самцов линии Ьст^ дозам энергии НЛИ, вызвавшим существенные увеличения плодовитости в случае экспонирования самок этой линии, напротив, выявлено ярко выраженное ее подавление. Так, в 1—4 сутки размножения отмечено снижения показателя Ь,- на 55,42 и 43,97% после облучения самцов НЛИ в дозах 0,0020 и 0,0280 Дж/см2 соответственно (табл. 4). На 5—8 сутки размножения (2-й этап размножения) снижение общей плодовитости Р-особей в результате облучения самцов линии Ьспуд показано для доз 0,0280, 0,1400 и 0,2810 Дж/см2 соответственно на 47,22, 36,11 и 37,06%, что привело к уменьшению итоговых значений Ь, на 45,00, 33,23 и 33,13% (табл. 4).

ТЛБЛИЦА 4

Плодовитость Р-особей линии Ьсг^ (ИЛИ экспонированы самцы)

1 :2 3 4 5 16 7

0,0020 К 429 960 * 13,38+3,63 30,00 ±6,78 604 780 19,25 ±4,53 24,38±12,13 1033 1740 32,63 + 9,15 54,38+8,90

0,0280 521 16,25 ±2,40 4:57 14,25±2,28 978 30/43±4,67

0,1400 792 24,75 ±3,76 554 17,26 + 0,48 1346 41,93 + 3,63

0,2810 К 663 928 20,76±3,83 29,00 ±2,00 536 864 16,75 ±1,25 27,00±3,58 1199 1792 37,50+12,93 56,08 + 5,24

Все указанные увеличения и уменьшения общей плодовитости (Ь^ ) Р-особей сопровождались соответствующими изменениями количества самок (Ы () и самцов (И т ) в потомстве Рь Однако статистически значимые отличия последних двух показателей в опытных группах от контрольных значений не всегда приводили к достоверным изменениям плодовитости. В частности, это замечание можно отнести к дозам 0,0012 Дж/см2— экспонированы самцы дикого типа, 0,0890 Дж/см2 — экапонированы самки дикого типа (для итоговых показателей), 0,0020 Дж/см2 — экспонированы самки линии Ьспуд, 0,1400 Дж/см2 — экспонированы самки Ьспуд (для 1-го этапа).

Таким образом, при экспонировании НЛИ Р-особей биологические эффекты на уровне признаков-компонент приспособленности дифференцированы в зависимости от генотипа линии, а внутри линий — от пола облученных особей. Характер изменений плодовитости потомства Р, также 'был различен в зависимости от генотипа облученных особей, хотя в значительно меньшей степени, чем это было показано для Р-особей. Так, для показателей плодовитости (Ь| ) потомства Р[ экспонированных НЛИ самцов Ьсг^ в большинстве случаев было характерно достоверное снижение Ь( по сравнению с контролем на величину, порядка 25—35%. В случае применения тех же доз при облучении самцов линии Д-32 плодовитость потомства Р] фактически не отличалась от контрольных значений.

Изменения плодовитости экспонированных особей, а также их потомства на надорганизменном уровне приводит к изменениям важнейших популяционных характеристик, в частности коэффициента прироста.

Размеры тела потомства экспонированных особей

Размеры тела организма в настоящей работе рассматриваются <ак показатели, в интегрированном виде выражающие процессы, происходящие в онтогенезе. Согласно (Рокицкий и др., 1977), мас-:а тела потомства у различных представителей Царства Животных (Animalia), а также размеры груди (thorax) у видов рода Drosophila являются характеристиками, тесно взаимосвязанными : приспособленностью особей.

Согласно полученным данным, увеличение массы тела потомства F, «дикого» типа имело место при облучении самок дозами 0,0012 и 0,0020 Дж/см2 — на 9,99% (самки F,) и 8,24 (самцы) н 8,74% (самки) соответственно. Для линии bcnvg такового не отмечено. При этом следует отметить отсутствие статистически значимых изменений этой же метрическчтй характеристики у потомства F2.

Изменение массы особей, непосредственно подвергшихся действию лазерного излучения ближней ИК области показано, в частности, в (Karu, 1987; Чернова и др., 1993), в последнем случае— на Apis melüfera при использовании следующих доз ИК НЛИ )А = 890 нм): 0,0160 Дж/см2—облучение произведено на стадии яйца, 0,1400 и 0,0004 Дж/см2 — облучены Л—il,5 и 2,5—3-суточные личинки соответственно.

Дальнейшее увеличение экспозиционных доз НЛИ при облучении самок дикого типа не вызвало статистически значимых изменений массы тела потомства F,. Однако применение доз 0,0089, 0,0280, 0,0450, 0,0890 и 0,2810 Дж/см2 при облучении самок дикого типа привело к достоверному уменьшению длины груди (It) самцов F, в среднем на 10% по сравнению с контролем, тогда как снижение значений 11 у самок Fi не превышало 5%.

Помимо этого, применение при облучении самок линии Д-32 доз энергии 0,0280, 0,0450 и 0,1400 Дж/см2 вызвало снижение соотношения длин головы и груди (lc/lt) у потомства F, по сравнению с контрольной группой: 1-я — и у самцов (на 9,45%), и у самок (на 16,00%), 2-я и 3-я —только у самцов (на 15,09 и 7,55% соответственно).

Биологическая эффективность ИК НЛИ по отношению к мор-фо'.метрическим характеристикам потомства Fj линии bcnvg, как и в случае анализа показателей массы тела, была меньшей по сравнению с линией Д-32. Так, в потомстве облученных самок му-тантной линии выявлены статистически значимые увеличения lt (на 7—8%) лишь при использовании доз 0,0089 и 0,1400 Дж/см2. При этом, за одним исключением, в потомстве экспонированных самок линии bcnvg фактически отсутствуют достоверные отличия индекса lc/l t от соответствующих контрольных значений.

На основе анализа полученных результатов можно сделап вывод, что ответная реакция на лазерное воздействие на уровне метрических характеристик потомстьа экспонированных ИК НЛИ особей также дифференцирована в зависимости от пола и генотипа.

Ранее (Кузьмичев и др., 1994), на Apis mellifera для дозы 0,0004 Дж/см2 показано увеличение значений некоторых морфо-метрических характеристик при экспонировании ИК ИЛИ ( 890 нм) 2,5—3-суточмых личинок.

В связи с тем, что масса имаго может значительно изменяться в течение жизни в зависимости от состава трофического субстрата, по-видимому, более существенными для характеристики индивидуальной приспособленности Dr. melanogaster следует считать изменения размеров тагм и отдельных сегментов тела. Соответственно, можно предположить, что более значительно на приспособленность особей влияют дозы НЛИ, приводящие к таким изменениям: 0,0280, 0,0450 ' и 0,1400 Дж/см2 для линии Д-32 и 0,1400 Дж/см2 для линии benvg.

Указанные отклонения метрических характеристик потомства облученных самок от контрольных значений могли быть обусловлены изменениями интенсивности синтетических процессов (в т. ч. транскрипции различных типов РНК), происходящих в клетках яйцевых камер и в клетках жирового тела под действием ИК НЛИ, что согласуется c'(Smo i' aninova et al., 1990; Ber-mudez et al., 1991).

Изменение частоты рекомбинации (под действием И К НЛИ

При изучении влияния облучения ИК НЛИ на частоту рекомбинации были использованы 15 доз энергии (от 0,0006 до 10,9886 Дж/см2). Однако, согласно полученным результатам, статистически значимое повышение частоты мейотического кроссин-говера на участке b—en (хромосома II) происходит при однократном облучении самок-гетерозигот b+cn + /bcn ИК НЛИ в дозах 0,0006 (на 46%), 0,0017 (на 57%) и 0,0401 Дж/см2 (на 27%) только в 1—4 сутки пострадиационного размножения. Экспонирование (однократное и двукратное) самок b^ cn + /bcn более высоким дозам энергии НЛИ не привело к статистически значимым изменениям частоты рекомбинации. Также обращает на себя внимание полное отсутствие во всех опытных группах достоверных изменений данной характеристики на 2-м этапе размножения, соответствовавшем 5—8 суткам размножения.

Следует также отметить появление рекомбинантных форм в потомстве самцов b+cn+/bcn, подвергшихся двукратному облучению дозой 0,3474 Дж/см2.

- м -

С учетом проанализированных результатов можно предположить, что ИК ИЛИ в определенных дозах способно влиять на уровень комбинативной изменчивости у живых организмов.

Исходя из данных (Раэтиэзеп, 1986; Пикулев и др., 1991; Шевченко и др., 1993), можно предположить, что причиной указанных изменений частоты мейотнчсского кроссинговсра, лежащего в основе реципрокной рекомбинации сцепленных генов, являются нарушения кальциевого обмена на клеточном уровне, вызванные ИЛИ.

Оценка влияния РЬ м V на характеристики индивидуальной приспособленности ОговорЬПа те1апода51ег

По результатам спектрального анализа, массовая доля РЬ в организме потомства Р) составила (6,59±0,27) • 10~5, V — (3,85±0,55) • 10 ~5% (в расчете на сырую массу). Т. е. имело место повышение содержания РЬ в организме потомства опытных групп по сравнению с контролем на 2 порядка. При этом наличие V в контрольных группах не отмечено. Следовательно, выявленные изменения характеристик индивидуальной приспособленности (табл. 5—7, 1 группа) были обусловлены именно действием указанных микроэлементов.

Согласно (табл. 5, 6), индивидуальное действие РЬ и V вызвало снижение плодовитости (Ь0 ) исходных родительских особей (Р-особей) на вторые и 4-е сутки размножения соответственно. Снижение данного показателя относительно контроля через 96 часов размножения в 1-м случае составило 29,51%, во 2-м — 35,02% (табл. 5, 6).

Относительное (% к контролю) уменьшение суммарного показателя Ь„ при сочетанном введении ТМ в трофический субстрат через 96 ч. размножения было более существенным, чем при индивидуальном действии РЬ и V, составив 51,79% (табл. 7).

Снижение количества куколок (Ь с) и имаго (Ь, ) как на отдельных этапах, так и соответствующих суммарных показателей было более значительным пои индивидуальном воздействии ванадия, чем свинца (табл. 5, 6). Исходя из данных табл. 9, можно предположить, что последнее обстоятельство было обусловлено существенным снижением выживаемости потомства первого поколения (в особенности, на стадиях яйца и личинки) в случае наличия в трофическом субстрате УгОв. Введение в субстрат РЬ02 практически не отразилось на показателях выживаемости потомства.

Согласно данным табл. 7 (гр. 1), одновременное содержание в организме имаго Р) РЬ и V, составлявшее для первого элемента (6,59±0,27) • 10 для второго— (3,85 + 0,55) • 10"5% в расчете «а сырую массу, по биологической эффективности соответствовало

ЛДбо. Ранее было показано (Чернова и др., 1995), и то индивидуальное содержание свинца в трофическом субстрате порядка 75,00-10- 3% (в форме РЬ02) также приводило к накоплению данного металла в организме потомства в дозе, соответствовавшей ЛДда. Содержание в питательной среде V в массовых долях порядка 50,00-10-3% вызывало 100% летальный эффект.

Исходя из условий эксперимента, основным путем проникновения полютантов в организм размножавшихся на среде Р-особей следует считать пероральный, в организм потомства — перораль-ный и транскутанный.

Высокая чувствительность личиночной стадии насекомых к соединениям тяжелых металлов, в частности РЬ, показана в (Schmidt et al., 1991). В основе отмеченных в настоящем разделе эффектов ТМ лежит, по-видимому, многостороннее токсическое действие РЬ и V (Рощин, 1984; Binding et al., 1991; Мс' Cake, Lawrence, 1991).

Комбинированное действие ТМ и ИЛИ по отношению к характеристикам индивидуальной приспособленности Drosophila melanogaster

Дифференцированность биологических эффектов в зависимости от пола экспонированных особей выявлена также при изучении комбинированного действия НЛИ и ТМ (табл. 5—7).

Согласно данным табл. 5—7, как при индивидуальном, так и при сочетанном введении РЬ и V в субстрат показатели плодовитости (Ь0 ) при облучении самцов (гр. 2) к окончанию периода размножения превосходили соответствующие значения в 1-й группе (ТМ в субстрате без применения НЛИ). Индекс модифицирующего эффекта, определенный исходя из показателей плодовитости, на фоне индивидуального действия РЬ при этом через 96 часов размножения достигал 1,97, на фоне индивидуального действия V—1,63, на фоне сочетанного действия металлов—1,61. Согласно (Чернова и др., 1993Q через 78 часов размножения на фоне сочетанного действия тех же элементов аналогичным образом рассчитанный индекс эффекта составил Ii,63 (доза энергии НЛИ 0,0900 Дж/см2).

В ряде случаев при экспонировании самцов, включавшихся в скрещивания, отмечено достоверное увеличение количества куколок (Ь,э ) и имаго (bj ) Fi по сравнению с 1-й группой (ТМ без применения НЛИ), которое, по-видимому, было вызвано исходным повышением плодовитости Р-особей, определенной по количеству отложенных яиц. Индексы эффекта НЛИ при этом на фоне индивидуального действия ТМ либо приблизительно соответствовали 1ще , .рассчитанным по показателям Ь0, либо несколько превосходили таковые (табл. 5, 6); на фоне сочетанного действия ТМ были существенно меньше — порядка 1,39 и 1,21 (табл. 7).

При экспонировании самок Эг. те1апо§аэ1ег «дикого» типа той же дозе ИК НЛИ (0,0056 Дж/см2) индекс модифицирующего эффекта во всех случаях был либо меньше единицы, либо статистически значимо не отличался от 1,00 (табл. 5—7, гр. 3). Исходя из показателей выживаемости потомства Р] в группе 3 (экспонированы самки; табл. 9), можно предположить, что уменьшение значений Ьр (кбличество куколок) и Ь, (количество имаго) в данном случае было обусловлено, в основном, исходным снижением плодовитости Р-особей (Ь0).

ТАБЛИЦА 5

Суммарные показатели плодовитости (Ь0) Р-особей, количества куколок (Ьр ) и имаго (Ь) ) в потомстве Р[ (в субстрате РЬ)

№ гр. К окончанию периода размножения1

Ь О ьР ь 1

п М±ГЛ п М±т п М±т

1 1 2 3 4 5 6 7 8

** ** **

1 Ь о 1405 41,75 ±3,20 1186 37,02±2,84 1108 35,49 ±2,34

^ те 1,00 ±0,09 ** 1,00+0,08 ** * 1,00±0,07 ***

2 Ь о I те 2627 82,08 ±6,52 *** 1,97+0,13 * ** 2312 72,25±:2,93 *** 1,95±0,08 * ** 21Й6 72,00 ±2,01 ** * 2,03±0,06 * **

3 Ь„ 1136 ¡35,48 ± 1,40 0,85 ±0,03 939 29,33 ±1,12 * 0,79 ±0,03 827 26,95 ±1,02 ** 0,76 ±0,02

К ь о 1886 59,00±3,16 1720 53,75 ±"2,93 1522 51,68 ±3,46

Примечание. Здесь и в следующих таблицах: 1 — ТМ в субстрате; 2 — самцы эксп. НЛИ + ТМ в субстрате; 3 — самки эксп. НЛИ + ТМ в субстрате; К — контроль. Достоверность отличий показателей в группах 1, 2, 3 от контрольных значений показана в верхней строке (Ь0, Ьр , Ь £ ; Б о,х , ), достоверность отличий показателей в группах 2 и 3 от соответствующих значений в 1 группе показана в нижней строке (1те).

1 — продолжительность периода размножения во всех случаях составляла 96 часов.

ТАБЛИЦА в

Суммарные показатели плодовитости (Ь0) Р-особей, количества куколок (Ь0 ) и имаго (Ь!) в потомстве р! (в субстрате V)

1 2 3 4 5 6 7 8

** * ** ***

1 Ь о 1449 43,70±4,92 949 29,64 + 2,14 803 ■26,10 + 2,25

I ше 1,00±0,11 1,00 ±0,07 ** * 1,00 ±0,09

2 ь 2222 71,34±3,34 1799 224,82 ±12,60 Ш9 50,52±3,25

*** *** ***

I 1,63+0,08 1,90 ±0,09 1,93 + >10,62

** * **

3 ь о 1.241 38,80 ±8,44 702 21,92 ±2,12 «к 657 20,53 ±'2,26

I те 0,89 ±0,30 0,60±0,16 0,67±0,07

К ь о 2447 67,25 + 3,36 2039 63,75±3,22 2000 62,50+3,55

ТАБЛИЦА 7

Суммарные показатели плодовитости (Ь0 ) Р-особей, количества куколок (Ьр) и имаго (Ь)) в потомстве (в субстрате РЬ и V)

1 2 3 4 5 6 7 8

** ** * ***

1 Ь о 1387 43,47± 1,78 491 .15,24+1,61 440 15,06 ±1,63

I те 1,00+0,04 1,00+0,11 1,оо±од.1

*** ***

2 Ь о 2241 70,02±2,67 * ** 742 21,15±!2,25 * 563 18,24± 1,45

I ше 1,61 ±0,06 1,39 + 0,15 1,21 ±0,10

*** ** * ***

3 ь о 1246 38,92+1,36 356 11,12 + 0,12 328 10,95 ±0,97 *

I те 0,93±3,12 0,7,3 ±0,04 0,73 ±0,06

К ь о 2883 90,17 + 7,32 2339 73,18 + 8,74 2308 72,38±8,37

Изменения этих же показателей плодовитости ОгоэорЬПа ше-1апо£аБ1ег линии дикого типа при облучении дозой энергии 0,0056 Дж/см2 самцов и самок, включавшихся в скрещивания на «чистом» субстрате показано в табл. 8. С учетом получен-

ТАБЛИЦА 8

Изменения суммарных показателей плодовитости — количество отложенных яиц), количества »куколок (Ьр) и имаго (Ь1) в потомстве Р) экспонированных Р-особей через 96 часов постэкспозиционного размножения

№ гр. Доза, Д ж/см2 Экс. форма Ь О Ь Р Ь ,

11 М±ш п М±ГП п М±гп

1 2 3 4 5 6 7 8 9

** * ** * * *

0 0,0056 самцы 1710 143,08± 8,60 1681 140,08±8,15 1666 133,83 7,97

са'мки 1100 91,68±6,17 1078 85,76 ± 6,38 1066 84,67±5,28

к без ИЛИ 1109 101,63+10,62 1076 99,13± 12,13 1058 79,92±5,84

ТАБЛИЦА 9

Выживаемость (%) потомства Р[ на стадиях яйца и личинки (Бол) и куколки (Бр) к окончанию периода размножения

В субстрате РЬ В субстрате V В субстрате РЬ и V

№ Э о,1 5р 5 од Э од э р

*** ** *

1 88,68±6,71 95,85± 1,60 67, 81 ±5,60 88,04 ±1,20 33,06±4,44 97,82±6,43

*** ** ** * *

2 88,03 ±3,86 99,65±2,37 78,79±7,21 *** 89,89±0,83 29,21 ±1,93 *** 85,38±5,87

3 82,67 ±7,62 91,90 ±2,03 56,50±8,89 93,63±2,77 28,57± 1,43 98,74±2,81

К - 91,10±6,52 96,14±2,83 94,68±0,70 98,1)4 ± 1,99 81,78± 1,92 98,47+0,57

ных результатов, комбинированное действие ИК НЛИ (доза 0,0056 Дж/см2) и ТМ (РЬ л V) при экспонировании исходных самцов можно охарактеризовать как антагонизм, при экспонировании самок — лишь в некоторых случаях как потенцирование.

Показательно отсутствие статистически значимых различий между суммарными показателями выживаемости потомства Fi (табл. 9) в группах с предварительным экспонированием исходных родительских осо>бей и в группе, содержавшей ТМ в субстрате без применения НЛИ. Т. е. изменения выживаемости потомства F, на стадиях яйца, личинки и куколки в случае экспонирования НЛИ исходных Р-особей по сравнению с контрольной группой, очевидно, были обусловлены действием ТМ, содержавшихся в трофическом субстрате. Однако характеристики, определяемые на личиночной стадии насекомых (в т. ч. выживаемость), имеют несколько меньшее значение для индивидуальной приспособленности эсоби, чем показатели, учитываемые на стадии имаго (Prout, 1971).

При сравнении с контрольными показателями характеристик плодовитости потомства Fi (Ь0), количества куколок (Ьр) и имаго (bj ) в потомстве F2, а также выживаемости потомства F2 в опытных группах, содержавших ТМ в субстрате без применения НЛИ, и в группах с предварительным облучением НЛИ Р-форм (НЛИ + ТМ), можно также сделать вывод, что выявленные отличия были обусловлены соединениями РЬ и V.

Таким образом, проявления модифицирующего эффекта ИК НЛИ на фоне действия указанных микроэлементов можно выявить лишь на уровне компонент приспособленности исходных родительских особей, непосредственно подвергшихся действию ла-¡ерного излучения. Эффективность предварительного применения НЛИ в качестве модифицирующего агента ранее показана в (Ду-хин, 1990; Зяблицкий и др., 1992; Wilson et al., 1988; Gulliya et al., 1991; Tanelian et al., 1991). В основе выявленных изменений ха-зактеристик плодовитости экспонированных ИК НЛИ особей Dr. nelanogaster как на фоне действия РЬ и V, так и в случае их отсутствия, вероятно, лежат изменения вирильности самцов и фер-гильности самок, что, очевидно, отражалось >Ha половом поведении э-особей. Значимость данных характеристик как компонент приспособленности у Drosophila показано в (Spiess, Langer, 1964; 3arsons, 1974).

ВЫВОДЫ

1. Низкоинтенсивное импульсное лазерное излучение ближней ИК области спектра ( <>. = 890 мм) в дозах энергии 0,0012— 0,2810 Дж/см2 изменяет значения основных компонент приспособленности (плодовитости экспонированных особей, выживаемости и некоторых метрических характеристик их потомства), определяющих на надорганизменном уровне ряд важных популяционных характеристик.

2. Разные компоненты приспособленности проявляют различную чувствительность к одним и тем же дозам НЛИ: при оценке плодовитости экспонированных особей на фоне сочетанного действия РЬ и V наиболее значительные изменения показаны для данного показателя, определявшегося по количеству отложенных яиц; при оценке морфометрических характеристик наибольшие изменения выявлены для длины груди особей первого поколения в потомстве экспонированных НЛИ самок.

3. ИК НЛИ ( >. = 890 им) в дозах порядка 0,0005—0,0500 Дж/см» изменяет частоту реципрокной рекомбинации сцепленных генов, тем самым на некоторое время изменяя уровень комбинативной изменчивости.

4. Биологический эффект ИК НЛИ в данном случае определялся: а) параметрами излучения; б) генетическими особенностями и связанными с ними морфо-физиологическими -характеристиками объекта; ¡в) условиями, в которых происходило формирование ответной реакции на лазерное воздействие (в частности, это проявилось в виде дифференцированное™ ответной реакции на НЛИ в зависимости от пола экспедированной особи как в норме, так и в присутствии тяжелых металлов,).

5. ИК НЛИ ( >. = 890 нм; доза 0,0056 Дж/см2) на фоне индивидуального и сочетанного действия свинца и ванадия (массовая доля РЬ (31Д8±'1,37) • Ю-3, V (5,00±0,75) • 10-3%) проявляет модифицирующий эффект, выражающийся в изменении некоторых показателей плодовитости экспонированных особей.

6. Комбинированное действие ИК НЛИ и тяжелых металлов с учетом изменений компонент приспособленности экспонированных особей при облучении самцов можмо охарактеризовать как антагонизм. При облучении самок в большинстве случаев модифицирующий эффект ИК. НЛИ в течение 96 часов пострадиационного размножения не проявляется; однако на некоторых этапах размножения экспонированных самок выявлено потенцирующее действие НЛИ ближней ИК области. Изменения выживаемости потомства экспонированных особей в данном случае обусловлены действием тяжелых металлов, содержащихся в субстрате.

7. ИК ИЛИ ( л =890 нм) в дозах 0,0006—0,28,10 Дж/см2 может Сыть использовано в качестве экологического фактора при изучении процессов, происходящих на популяционно-видовом уровне как в норме, так и на фоне действия некоторых техногенных по-лютантов.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Предложенная в настоящей работе методика может быть использована при изучении влияния ИЛИ разных длин волн на характеристики приспособленности, при биотесгировании различных техногенных химических полютантов природных сред, а также при оценке модифицирующих эффектов НЛИ на фоне действия химических агентов.

2. Полученные данные могут быть использованы в учебных курсах «Генетика», «Основы радиобиологии», «Экология», «Сельскохозяйственная радиология», а также специальных курсах и практикумах при обучении по специальностям «Биология» и «Радиобиология».

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Чернова Г. В., Эндебера О. П. Характер изменений, вызываемых у ОгозорЬПа melanogaster низкоинтенсивным лазерным импульсным излучением /Актуальные проблемы радиационной биологии и радиационной генетики. Материалы Всесоюзной конференции. — Обнинск, 1990.— С. 130—132.

2. Чернова Г. В., Эндебера О. П., Каплан М. А. Влияние низ-коинтененвного импульсного лазерного излучения ИК-области спектра на некоторые признаки доозофилы//Физическая медицина — 1992. — Т. 2, № 1—2. — С. 35-39.

3. Чернова Г. В., Эндебера О. П., Каплан М. А., Желнина Н. В. Низкоинтенсив'ное импульсное лазерное излучение ( >-=0,890 мкм) не является полностью индифферентным по отношению к мейотиче-ской рекомбинации//Физич. мед. — 1993. — Т. 3, № 1—2. — С. 50—54.

4. Чернова Г. В., Эндебера О. П., Каплан М. А., Желнина Н. В. Некоторые результаты изучения генетических эффектов низкоинтенсивного импульсного лазерного нзлучония//Лазерная и магнитно-лазерная терапия в экспериментальных и клинических исследованиях. Тезисы докладов. Ч. 1. — Обнинск, 1993. — С. 34—36.

5. Чернова Г. В., Эндебера О. П., Каплан М. А. Модифицирующий эффект низкоинтенсивного импульсного лазерного излучения на фоне воздействия соединений тяжелых металлов первого класса опасности//Физич. мед. — 1993.— Т. 3, № 3—4.— С. 40—43.

6. Чернова X. В., Кузьмичев В. Е., Эндебера О. П., Кап-лан М. А. Некоторые результаты исследований действия низкоии-тенсивного импульсного лазерного излучения на организменном уровне//Там же. — С. 44—45.

7. Эндебера О. П., Чернова Г. В., Каплан М. А., Костюхи-на Т. Е. Комплексный характер проявления биологической активности лазерного излучения у ОгозорЫ1а melanogaster//Физич. мед. Тезисы Всеросс. конф.— 1994.— Т. 4, № 1—2, —С. 20—21.

8. Эндебера О. П., Чернова Г. В. Модифицирующий эффект низхоинтенсивного лазерного излучения на фоне воздействия некоторых тяжелых металлов первого класса опасности//Применение полупроводниковых лазеров л светодиодов в медицине. Сб. научн. трудов, вып. 4. — Калуга, 1994. — С. 69—71.

9. Чернова Г. В., Эндебера О. П., /Костюхина Т. Е. Моделирование действия тяжелых металлов на живые организмы//Антропо-генные воздействия и здоровье человека. Сб. научн. раб. Вып. 1.— Калуга, 1995. — С. 39—43.

10. Чернова Г. В., Эндебера О. П., Костюхина Т. Е. Изучение влияния тяжелых металлов на функции репродуктивных систем и модификация их активности лазерным излучением//Антропоген-ные возд. и здор. человека. 2-я всеросс. конф. Тез. докл. — Калуга,

1995, —С. 121—122.

Подписано в печать (J3.06.96 г. Формат 60X90 'Ае- Печ. л. ¡1,25

Тираж 80 экз. Зак. 6857-96 Типография УВД. Калута