Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Цитогенетические эффекты от воздействия ионизирующей радиации и импульсных электромагнитных полей на древесные растения

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Миронов, Александр Николаевич

Общая характеристика работы

Введение

1. Обзор литературы

1.1 Ионизирующая радиация и электромагнитные поля как важные 13 абиотические факторы физической природы

1.1.1 Источники ионизирующей радиации и электромагнитных полей и 13 условия, превращающие их в мощные антропогенные факторы

1.1.2 Мутации, возникающие под действием ионизирующей радиации и 17 электромагнитных полей

1.2 Необходимость отслеживания характера мутационной изменчивости у 21 организмов под действием ионизирующей радиации и электромагнитных полей в природных условиях и условиях эксперимента

1.2.1 Важность соблюдения принципа «Здоровье среды - здоровье человека»

1.2.2 Преимущества цитогенетического мониторинга в общей системе слежения 25 за состоянием среды

1.2.3 Принципы подбора тест - объектов для цитогенетического мониторинга 28 1.2.3.1 Преимущества использования древесных в качестве тест - объектов для цитогенетического мониторинга

1.3 Информативность исследований цитологических характеристик митоза

1.3.1 Митоз в норме

1.3.2 Характеристики митоза, используемые как критерии цитогенетического 34 мониторинга

1.3.2.1 Митотическая активность

1.3.2.2 Патологии митоза, их классификация

1.3.2.3 Микроядерный тест

1.3.2.4 Ядрышковые характеристики \ 40 1.3.3 Чувствительность цитогенетических показателей 42 2. Экспериментальная часть

2.1 Характеристика мест проведения исследований

2.2 Характеристика исследуемых объектов

2.2.1 Сосна обыкновенная как тест - объект для цитогенетического 47 мониторинга среды и для отслеживания цитогенетических эффектов импульсных электромагнитных полей в контролируемых условиях эксперимента

2.2.1.1 Систематика

2.2.1.2 Биология

2.2.1.3 Цитогенетика 53 2.2.2 Береза повислая как объект для цитогенетического мониторинга

2.2.2.1 Систематика

2.2.2.2 Биология

2.2.2.3 Цитогенетика

2.3 Материал и методы

2.3.1 Сбор образцов и их фиксация

2.3.2 Изготовление микропрепаратов

2.3.3 Анализ микропрепаратов при использовании светового микроскопа

2.3.4 Статистическая обработка результатов микроскопических исследований

2.4 Схема по облучению импульсным электромагнитным полем сухих семян сосны обыкновенной

2.4.1 Принципиальная схема установки

2.4.2 Характеристика параметров импульсного электромагнитного поля

2.4.3 Физический механизм действия импульсных электромагнитных полей

3. Результаты и обсуждение

3.1 Цитогенетические показатели сосны обыкновенной и березы повислой в 80 экологически безопасных условиях

3.2 Цитогенетические характеристики семенного потомства сосны 86 обыкновенной и березы повислой на опытных площадках

3.2.1 Цитогенетические характеристики семенного потомства сосны 86 обыкновенной на опытных площадках

3.2.2 Цитогенетические характеристики семенного потомства березы повислой 127 на опытных площадках

3.3 Сравнительная характеристика цитогенетических эффектов отдаленных 163 последствий радиоактивного загрязнения местности у сосны обыкновенной и березы повислой

3.4 Цитогенетические характеристики проростков семян сосны обыкновенной 165 после обработки сухих семян в импульсном электромагнитном поле

3.4.1 Цитогенетические характеристики проростков семян сосны обыкновенной 165 после обработки сухих семян в импульсном электромагнитном поле с разной магнитной индукцией

3.4.2 Цитогенетические характеристики проростков семян сосны обыкновенной 182 после обработки сухих семян в импульсном

Общая характеристика работы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Цитогенетические эффекты от воздействия ионизирующей радиации и импульсных электромагнитных полей на древесные растения"

Цель работы заключалась в выявлении цитогенетических эффектов последействия радиации на примере сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) и березы повислой (Betula pendula Roth.) и цитогенетических эффектов воздействия импульсного электромагнитного поля на сосну обыкновенную.

Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи: 1) определить цитогенетические показатели сосны обыкновенной и березы повислой в норме в экологически безопасном районе;

2) выявить цитогенетические эффекты последействия радиации на семенное потомство сосны обыкновенной и березы повислой;

3) провести цитогенетический мониторинг в 7 населенных пунктах трех районов Воронежской области, подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате аварии на ЧАЭС, с использованием в качестве тест - объектов сосны обыкновенной и березы повислой;

4) дать оценку радиоэкологической ситуации (составить схему загрязненности и оценить возможную степень генетического риска для человека в исследованных районах);

5) выявить цитогенетические эффекты воздействия импульсного электромагнитного поля на сухие семена сосны обыкновенной с разным временем экспозиции семян в поле и разной магнитной индукцией.

Научная новизна работы. Впервые выполнен цитогенетический мониторинг среды в трех районах Воронежской области, подвергшихся воздействию радиации вследствие аварии на ЧАЭС, с использованием в качестве тест - объектов двух видов древесных: Pinus sylvestris L. и Betula pendula Roth. В качестве критериев цитогенетического мониторинга использован комплекс цитогенетических характеристик, что позволило более объективно оценить состояние генетического аппарата исследованных видов в условиях загрязнения по сравнению с таковыми в экологически безопасных условиях и дать более точную оценку состояния среды. Определены значения цитогенетических показателей у сосны обыкновенной и березы повислой в экологически безопасных районах Воронежской области, использованные в качестве контроля при проведении цитогенетического мониторинга.

Выявлены цитогенетические эффекты последействия радиации на семенное потомство сосны и березы. Построены схемы загрязненности территории по результатам исследования цитогенетических показателей семенного потомства сосны и березы с помощью кластерного анализа. Показана целесообразность использования сосны обыкновенной и березы повислой как тест - объектов для оценки экологической ситуации на территориях, подвергшихся радиоактивному загрязнению. Несмотря на разницу таксономического положения и степень радиоустойчивости, оба использованных вида древесных обнаружили значительное сходство реакции на загрязнение среды. На примере того и другого вида было показано, что одним из основных цитогенетических эффектов от воздействия радиации, может являться нестабильность генома, хотя для каждого вида характерны и специфические цитогенетические эффекты, проявляющиеся как отдаленные последствия радиации.

В контролируемых условиях эксперимента на примере сосны обыкновенной впервые установлена специфика влияния низкочастотных импульсных электромагнитных полей промышленной частоты (в заданных режимах) на клеточные структуры. Наглядно продемонстрирован механизм образования при этом микроядер и амитозоподобных структур. Обнаружение столь серьезных, несовместимых с жизнью клеток цитологических аномалий следует рассматривать как предупреждение об угрозе для здоровья людей, работающих на установках со сходным электромагнитным излучением.

Научно - практическое значение. Установленные цитогенетические показатели сосны обыкновенной и березы повислой в экологически безопасных условиях, могут служить контролем для проведения мониторинговых исследований с использованием сосны и березы на территории Воронежской области. Проведенный цитогенетический мониторинг в трех районах Воронежской области показал, что уровень загрязнения территории в настоящее время не превышает средний. Соответственно можно прогнозировать генетический риск для человека. Результаты исследования действия низкочастотного импульсного электромагнитного поля на семена сосны вносят вклад в изучение механизмов воздействия импульсных электромагнитных полей на клетку и это позволяет сделать предположение о возможности сходных цитогенетических эффектов у человека и животных при взаимодействии их с промышленными полями.

Материалы диссертационной работы использованы при составлении и подготовке методического пособия - «Лабораторный практикум к курсу биология» для студентов 1 курса дневного отделения межвузовского фармацевтического факультета (Хицова, Миронов и др., 2000).

Личный вклад. Автором были разработаны методические положения, обоснованы цели и задачи исследования, проведен сбор и анализ материала, обобщены результаты исследований. Статьи и тезисы научных докладов на конференции подготовлены в соавторстве и самостоятельно.

Выражаю глубокую признательность сотрудникам кафедры ядерной физики

Воронежского госуниверситета доценту Вахтелю В. М. и Бабенко А. Г. за помощь в

137 определении плотности Cs в почве, профессору Левину М. Н. за консультации и помощь в обработке семян в импульсном электромагнитном поле;, сотруднику кафедры генетики, селекции и теории эволюции Калаеву В. Н. за помощь и консультации, профессору Воронежской лесотехнической академии Чернодубову А. И. за помощь в сборе семенного материала.

Апробация работы. Результаты исследований были представлены на Международном совещании «Методы оценки состояния и устойчивости лесных экосистем» (Красноярск, 1999); 4-ом совещании по кариологии и кариосистематике растений (Санкт - Петербург, 1999); Международном симпозиуме «Проблемы повышения экологических функций леса» (Воронеж, 1999); Международной научно-практической конференции «Интеграция фундаментальной науки и высшего лесотехнического образования по проблемам ускоренного воспроизводства, использования и модификации древесины» (Воронеж, 2000); Международной конференции «Современные проблемы радиобиологии, радиоэкологии и эволюции» (Дубна, 2000); 2-ом съезде ВОГиС (Санкт -Петербург, 2000); Межрегиональной научно - теоретической конференции «Перспективы развития малых и средних городов России» (Новомосковск, 2000); Международной

10 научно-практической конференции "Экология малых; и средних городов: природные, социокультурные и экономико-политологические факторы" (Новомосковск, 2001); Международной научно - практической конференции «Интеграция науки и Высшего лесотехнического образования по управлению качеством леса и лесной продукции» (Воронеж, 2001); Международной конференции «Биологические эффекты малых доз ионизирующей радиации и радиоактивное загрязнение среды» (Сыктывкар, 2001); 3 - ей Всероссийской научной конференции «Физические проблемы экологии (экологическая физика)» (Москва, 2001); научных сессиях Воронежского государственного университета (Воронеж, 1999, 2001).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и списка цитируемой литературы. Работа содержит 224 страницы текста, 52 таблицы и 79 рисунков. Список литературы включает 243 источника в том числе 45 иностранных.