Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние хронического облучения на природные популяции растений

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Абрамов, Владимир Ильич

ВВЕДЕНИЕ. 2

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

Глава I. Влияние хронического облучения на природные популяции растений и животных.,.

1. Эффекты естественного повышенного уровня радиоактивности . 5

2. Последствия искусственного повышения уровня радио. активности.13

3. Влияние низких доз хронического облучения от внешних источников ионизирующей радиации.25

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Глава П. Материалы и методы . 36

Глава Ш. Мутационный процесс в хронически облучаемых популяциях . 46

Глава 1У.Сравнительная радиоустойчивость хронически облучаемых и контрольных популяций . 61

Глава У. Морфологическая изменчивость в хронически облучаемых и контрольных популяциях проломника северного . 67

Глава У1.Изменчивость количественных признаков в хронически облучаемых и контрольных популяциях проломника северного. 80

Глава УП.Микроэволюционные процессы, протекающие в хронически облучаемых популяциях проломника северного . 107

Введение Диссертация по биологии, на тему "Влияние хронического облучения на природные популяции растений"

Рост промышленного производства, возрастание роли ядерной энергетики в производстве электроэнергии, химизация сельского хозяйства все это неизбежно ведет к повышению радиационного фона в биосфере, поэтому изучение отдаленных генетических последствий загрязнения окружающей среды различными радионуклидами становится в настоящее время актуальной научной проблемой.

Закономерности действия ионизирующих излучений на молекулярном, клеточном, организменном уровне изучены достаточно хорошо (Ли,1963; Циммер, 1962; Бак, Александер, 1963; Кузин, Шапиро, 1964; Дубинин, 1963, 1966, 1976; Корогодин, 1963, 1966; Лучник и др., 1964; Тимофеев-Ресовский и др., 1968; Ауэрбах, 1978). Влияние хронического воздействия малых доз ионизирующих излучений на природные популяции растений и животных, несмотря на важность этого вопроса, изучено недостаточно полно. Это объясняется методическими трудностями постановки экспериментов в природных условиях, необходимостью поисков удобного, генетически хорошо изученного объекта и трудностью вычленения действия малых доз радиации в комплексе действия обычных экологических факторов внешней среды.

Цель нашей работы состояла в том, чтобы проследить по возможности все эффекты хронического облучения природных популяций, начиная с индукции мутационных изменений и кончая отдаленными последствиями такого воздействия.

При изучении действия малых доз ионизирующих излучений на природные популяции растений и животных возникает задача регистрации мутационных изменений, вызванных малыми дозами радиации, поскольку естественный мутационный процесс в природных условиях сам по себе довольно интенсивен. Таким образом требовалось проверить различные тест-системы для сравнения и выбора наиболее чувствительной.

Следующей задачей было изучение зависимости интенсивности мутационного процесса в хронически облучаемых популяциях растений от мощности дозы облучения.

Выбор достаточно чувствительных природных тест-объектов и применение высокочувствительной тест-системы - мутационные изменения в волосках тычиночных нитей традесканции клона 02, позволило успешно справиться с этой задачей.

Влияние повышенного уровня ионизирующих излучений на популяции растений проявляется также в повышении частоты морфологически измененных растений в этих популяциях по сравнению с контрольными.

Изучение вклада повышенного уровня мутационного процесса в генетическую изменчивость количественных признаков хронически облучаемых популяций было следующим этапом исследования отдаленных последствий влияния повышенной радиоактивности на популяции растений. Отсутствие различий между дисперсиями количественных признаков в хронически облучаемых и контрольных популяциях в наших исследованиях не согласуется с многочисленными данными других авторов, показавших, что под влиянием ионизирующих излучений повышаются дисперсии количественных признаков и изменяются их средние значения. Причины этого несоответствия обсуждаются в работе.

Проведение исследований сравнительной чувствительности хронически облучаемых и контрольных популяций растений, подтвердило ранее открытое явление повышенной радиоустойчивости хронически облучаемых популяций (/Ve.«/cssen е± <хв. , 1959; Matfyu^s , 1973; Кха±г. , 1975; Чережанова и др., 1971).

Изучение биотипического состава хронически облучаемых и контрольных популяций проломника северного позволило выявить причину повышенной радиоустойчивости хронически облучаемых популяций этого вида. Было обнаружено, что популяции проломника северного состоят из двух экоэлементов ;•■- однолетних и двулетних форм, причем двулетние формы оказались более радиоустойчивыми по сравнению с однолетними. Повышенная радиоустойчивость хронически облучаемых популяций проломника северного определяется большей долей двулетних - более радиорезистентных форм в этих популяциях по сравнению с контрольными популяциями.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ Глава I

Влияние хронического облучения на природные популяции растений и животных

I) Эффекты естественного повышенного уровня радиоактивности.

На земном шаре существует целый ряд районов с естественным повышенным уровнем ионизирующих излучений за счет выходов руд радиоактивных элементов, таких как уран, радий, торий и других, на поверхность земли. Всестороннее изучение влияния повышенного уровня ионизирующих излучений на популяции растений и животных, обитающих в этих районах, является необходимым условием для решения вопроса об отдаленных генетических последствиях действия ионизирующих излучений на природные сообщества. Последняя сводка, обобщающая результаты исследований по действию повышенного естественного и искусственного уровня ионизирующих излучений на популяции животных и растений, представлена в работе Дубинина с соавторами (1972).

Грюнеберг ( ^zuneieb^ , 1964) исследовал влияние естественного повышенного фона ионизирующего излучения на черных крыс на небольшом острове в штате Керала в Индии. В среднем радиационный фон в 7,5 раза превышал фон в контрольных местах. Было исследовано 900 крыс. По основным показателям (15 промеров скелета крыс и 6 промеров зубов) различий между опытом и контролем не обнаружено. Дополнительное сравнительное изучение промеров зубов у крыс, обсуждаемых популяций ( Миг l/a.lett,№uJS , 1966) показало, что у животных, обитающих в условиях повышенного фона ионизирующих излучений, изменчивость по этим показателям выше. Ю.О.Раушенбах и О.А.Монастырский,(1966), Монастгфский (1968) изучали сусликов и полевок из районов с повышенным естественным уровнем ионизирующих излучений ( в 6-7 раз по сравнению с глобальным), образованным ториеносными минералами. Авторы обнаружили различия между популяциями по соотношению полов. У животных из опытных районов самок было больше и у сусликов, и у полевок - 63 и 64% соответственно, по сравнению с соотношением 1:1 в контрольных районах. При дополнительном облучении животных в условиях вивария была выявлена большая радиорезистентность животных из опытных районов. Среди животных опытных районов были зарегистрированы две мутации: полидактилия и мутация окраски.

На острове Ниуэ (Тихий океан) фон ионизирующих излучений повышен за счет высоких концентраций радия в почве. Радиоактивность культуры таро в некоторых местах острова превышает радиоактивность этой культуры с других островов в 600 раз. У бананов, произрастающих на острове, обнаружены мутации. У местных жителей (4500 семей) наблюдается пониженная плодовитость по сравнению с соседними островами ( Маыскл , 1959, I960). Мевиссен с сотрудниками (Mewi^sen 1959) обнаружили повышенную радиоустойчивость многолетнего растения Aftckiopoycn f-ilij&ttUb, , растущего на почвах богатых ураном, по сравнению с растущим на обычных почвах. Мерзари {Меи-zaz/ , 1962; цитировано по Дубинину, 1972) обнаружил целый ряд ненормальностей у растений, собранных в местах с высоким содержанием урана. Осборн {0*1цгп , 1961) при изучении клонов fenste-той. vtztns , произрастающего в ториеносном районе с повышенным фоном радиации (0,05-0,4/ир/час), обнаружил, что степень морфологического разнообразия, включая крупные аномалии и степень абор-тивности цветков были выше у растений из мест с повышенной радиоактивностью. Главной причиной этого он считает воздействие ионизирующих излучений, однако не ясно было влияют ли радионуклиды через воздух путем облучения или через почву через корни, адсорби-руясь на них. Для того, чтобы ответить на этот вопрос, Мерикл и Мерикл (Meuctt <uid Hewcit , 1965) провели исследование в этом же районе, используя в качестве тест-объекта традесканцию клон 02. Они обнаружили, что у традесканции, выставленной в горшках на радиоактивные участки, через две недели появились морфологические аномалии цветка (в 9 раз больше, чем в контроле), а также статистически значимо увеличился уровень мутагенеза, измеряемого по частоте возникновения мутаций окраски в волосках тычиночных нитей. Авторы также отметили, что на выход мутаций влияют внесредовые факторы: солнечный свет, колебания дневных и ночных температур, изменение влажности. С целью более тщательного изучения влияния факторов внешней среды на мутагенез эти же авторы ( MeUde. et . % 1976) поставили соответствующие опыты с традесканцией (клон 02) в контролируемых условиях и подтвердили свои первоначальные наблюдения.

Очень большую мутагенную активность почвы, содержащей урановые отходы, показали Речел и Кемпбелл ( Яеске?, Campie-t , 1978) в опытах с традесканцией клон 02. Растения высаживались в почву, содержащую урановые отходы (мощность дозы хронического облучения составляла 0,03-3,0уцр/час). Опыты проводили в теплице. Уже при мощности дозы 0,07-0,1^ир/час у традесканции наблюдалось снижение плодовитости, уменьшение жизнеспособности пыльцы и увеличение числа соматических мутаций. Абрахам и др. ( Нга.Ьсип et д/, 1976) провели цитогенетический анализ 4 клонов Sf>in-ife& -eitto-tebcs из 3 различных районов с повышенной радиоактивностью, обусловленной монацитом, который содержит 8-10,Ufo тория (правый берег р.Валлиар, Индия) уровень радиоактивности - 2164^ир/сод и одного клона из не-облучаемого контрольного района. Было обнаружено, что в первых 2-х клонах I и 2 (фон 70 имп/сек) очень высокая частота транслокаций, и в материнских клетках1 пыльцы наличие фрагментов хромосом. Детальное изучение клона I (фон 70 имп/сек) показало, что 72$ мультива-лентов формирует кольца в метафазе, 19$ - представлены в виде цепей,

9% были видны как зигзагообразные кольца, В цветках этого клона было 70,6% стерильной пыльца, во 2-ом клоне стерильность пыльцы составляла 52,7%, против 10,4% - в контроле. В этих клонах было найдено, по крайней мере, 3 постоянные давно возникшие транслокации. В клонах 3, 4 (фон 130 и 150 имп/сек) частота колеД была низкой, и также наблюдались фрагменты в материнских клетках пыльцы. Низкий процент квадривалентов в 3 и 4 клонах указывает, что они являются результатом обменов, произошедших в ми1фоспороцитах этих растений. Авторы предполагают, что все эти нарушения являются результатом длительного облучения монацитом.

На юго-западе Франции есть районы с повышенным уровнем естественной радиации. В районе г.Лодев за счет выхода урана, радия и радона максимальная доза за год достигает 250 рад. В среднем мощность дозы составляет 3,7 рад/год. При выращивании ячменя на почвах, содержащих уран {Талсой£Lt 1977),у растений, получивших облучение в дозе 1-2 рада, повысилась частота мутаций И/лх^в 2 раза, по сравнению со спонтанной частотой этих мутаций - 4-5*10""^ на гамету. Леонард с соавторами ( L&oruix,oL et , 1979) изучали возможность образования аберраций хромосом в лимфоцитах кроликов, в течение года находящихся в районе, где мощность дозы ^-излучения достигала 8 /ирад/час, изучали они также образование аберраций хромосом в сперматогониях мышей, находившихся в этом районе в течение 3 месяцев. На основании своих данных авторы делают вывод о том, что повышение частоты аберраций хромосом у человека следует ожидать при мощности дозы хронического облучения 3 рад/год. Дельпаукс и др. ( ^etpou* efc al. , 1979) провели обследование этих районов. Они обнаружили повышенную частоту опада цветочных бутонов, морфологические изменения вегетативных органов, случаи альбинизма, гиперхроматизма, хлороза, стерильности и т.п. Для получения более обоснованных данных были поставлены три опыта с табаком ( fye.fyoU'X qauL <7}o.te>&i£U'X , 1981) на почвах с повышенной естественной радиоактивностью 3,7 рад/год и контрольных (0,1 рад/год) почвах. Анализировали частоту хлорофильных мутаций у гетерозиготных растений а£/ ag, aj/ aj. Во всех трех опытах было получено достоверное возрастание частоты мутаций, более того зависимость доза-эффект была линейной в пределах мощностей доз 35^икрад/час - 6,281^ рад/час. В Судетских горах, в местах выходов ураноносных руд фон внешней радиоактивности составляет 0,05-1,48/W рад/час. Саросик и Ивен {£аг.оlwe*> , 1976) на 5 участках, выровненных по всем экологическим показателям4 кроме ^-радиации, провели опыты на ели обыкновенной. Десятилетние сеянцы были высажены на экспериментальные участки. Оценку действия малых доз проводили по семи морфологическим показателям, описывающим высоту стволика, длину и число различных побегов и хвои. С увеличением фона естественной радиоактивности заметно усиливается угнетающее действие облучения на рост и развитие сеянцев. Показатели интенсивности роста составляли 30-50%% от контроля и возрастало количество морфологических аномалий (карликовость, подавление доминирования главного стебля, недоразвитие хвои и т.д.) до 20-80%% по сравнению с 2% в контроле.

Сати ( Sodte. , 1976) изучал действие повышенного уровня радиации в Морро де Ферро (Бразилия) на скорпионов. Уровни естественного уровня внешнего облучения колеблются в этом районе от 0,1 до 3,2у^рад/час. Анализировали аберрации хромосом в сперматоцитах скорпионов, обитающих в районах с уровнем облучения 0,8-1,рад/час Было проанализировано 13968 клеток из района Морро де Ферро и 16373 клетки с контрольного района. У скорпионов из опытного района отмечено 224 клетки с одним хромосомным повреждением и 13 клеток с двумя хромосомными повреждениями, в контрольном районе - 73 клетки с одной аберрацией хромосом и I клетка с двумя аберрациями. Различия статистически значимы.

В Советском Союзе Маслова и др.(1974); Маслова, Материй (1974); Маслов, Тестов (1974); Маслов (1978) изучали влияние повышенного естественного уровня радиоактивности на мышевидных грызунов. Повышенная радиоактивность в районе исследований обусловлена выходом на поверхность земли ураноносннх руд, включающих уран, радий, торий, радон. Мощность дозы ^-облучения 20-2000J4iср/час. Обследовали состояние внутренних органов, морфологию периферической крови, аберрации хромосом, физиологическое состояние животных и возрастной состав популяций, обитающих в районе с повышенной радиоактивностью. У животных, обитающих на участках с повышенной радиоактивностью, наблюдалось снижение веса внутренних органов (печени, сердца, семенников), изменение гистологической картины внутренних органов - признаки перерождения печени, структурные нарушения в семенниковом эпителии, ведущие к задержке спермообразования. На опытном участке количество половозрелых животных среди молодых составляет 25-40% , на контрольных 70-80%. Показано падение уровня лимфоцитов, лейкоцитов; выявлены структурные нарушения в селезенке, характеризующие преждевременное ее старение у полевок на опытных участках.

Саляев и др.(1974), проводившие исследования на тех же участках, не обнаружили влияния повышенной радиоактивности на массу сердца, почек, печени. Эти результаты авторы связывают с недостаточной численностью взятой выборки. Саляев, Кудрицкий (1973); Саляев (1974) проводя исследование частоты хромосомных аберраций в клетках костного мозга полевок-экономок, обитающих на тех же опытных участках, обнаружили повышение частоты клеток с аберрациями хромосом; у животных с опытных участков она составляла 3,6-19,7%, причем частота аберраций хромосом коррелировала с содержанием радия в костях черепа. В контрольной популяции полевок частота аберраций хромосом не превышала 1,8%. Бородкин (1981) проводил цитогенетическое обследование популяций сибирской красной полевки, обитающей на тех же опытных участках (средняя мощность дозы • По данным этого автора существуют статистически достоверные различия в анеу-плоидии и митотической активности клеток костного мозга грызунов с опытного и контрольного участков. Тестов (1979) изучал выносливость полевок из двух хронически облучаемых популяций (мощность дозы облучения 1,0 рад/год) и двух контрольных (мощность дозы облучения 0,1 рад/год). Полевки с контрольных участков обнаружили большую выносливость и меньше потребляли кислорода по сравнению с полевками с радиоактивных участков. Маслов (1978); Бородкин (1981) изучали в течение 10 лет влияние повышенного фона радиоактивности на динамику численности и возрастную структуру популяций полевок-экономок, и сибирской красной полевки. В условиях радиевого биоценоза численность полевок по сравнению с контрольным биоценозом в 2,5 раза ниже в период подъема численности, в 3 раза ниже в период пика численности и в 5 раз ниже в период депрессии численности. Динамика изменения численности сибирской красной полевки была несколько иной. В год наибольшей численности плотность популяций на опытном участке была больше, чем на контрольных, а в год малой численности меньше, чем на контрольных участках. Анализ индекса семенников показал, что частота половозрелых сеголеток на контрольных участках составляла 15$ против 4% на опытном.

Почти во всех указанных работах отмечается отрицательное влияние повышенного уровня ионизирующих излучений на растения и животных, за исключением некоторых работ (Раушенбах и Монастырский, 1968; MtwUszh. et at, 1959), авторы которых отмечают повышение радиоустойчивости в хронически облучаемых популяциях. В этой связи заслуживают внимания две работы Кордейро ( С.оЫе>иго et ай. ,1973) и Кратц ( Лга/д- , 1975). Они обследовали популяции дрозофилы, обитающей в одном из районов Бразилии с повышенным естественным фоном ионизирующего излучения (мощность первой работе обследовали популяцию дрозофилы (T)iosoph.iv/iitiston'C) 9 обитающую в лесу в условиях повышенного фона радиации. Сравнивались выборки из 3-х мест радиоактивного леса и 3-х мест нерадиоактивного леса по проценту выхода личинок из яиц после дополнительного острого гамма-облучения в дозе ЮООр самцов из обследуемых популяций, а также репродуктивной способности самок из тех же мест после острого облучения их в дозе ЮООр. Были получены статистически значимые различия по степени уменьшения выхода личинок из яиц после дополнительного облучения опытных мух и контрольных. Авторы считают, что снижение выхода личинок, является следствием индукции доминантных мутаций, проявляющихся от момента отклада яйца до появления личинки. Таким образом, частота индуцированных летальных мутаций у мух из радиоактивного леса составляет 5,8%, а у мух из чистого леса - 9,63%. Репродуктивная способность мух из хронически облучаемой популяции под действием острого облучения уменьшалась в меньшей степени, чем у мух из контрольной популяции. Авторы приходят к выводу, что хронически облучаемые популяции более радиоустойчивы. Однако, повышенная радиорезистентность не спасает популяцию из загрязненного леса от повышенного генетического груза. Те же авторы обнаружили значительно более высокую частоту леталей и полулеталей 45,08% в популяции из радиоактивного леса, по сравнению с контрольной популяцией - 35,52%. Анализируя данные, представленные в таблицах этой работы, можно заметить, что процент выхода личинок без дополнительного облучения в контрольной популяции выше (90,53%), чем в хронически облучаемой популяции (86,72%); средняя плодовитость самок из контрольной популяции без дополнительного облучения то^-же выше (328,55 яиц на одну самку)', чем из хронически облучаемой популяции (255,44 яиц на одну самку). Вероятнее всего, это результат более тяжелого генетического груза в хронически облучаемой популяции.

Во второй работе (ЛЪл/я , 1975) представлены результаты обследования популяции ^losopkiPcL neiufosci. , обитающей в том же радиоактивном лесу (мощность дозы хронического облучения 1-1,5уир/час). Было обследовано в общей сложности 293784 особи. При дополнительном остром гамма-облучении в дозе 90 кр выживаемость мух из хронически облучаемой популяции выше, чем в контрольной. Облучение самцов из хронически облучаемой популяции в дозе 30 кр вызывает снижение репродуктивной способности в меньшей степени, чем подобное облучение самцов из контрольной популяции, но и у этого вида генетический груз в хронически облучаемой популяции выше, чем в контрольной, Диаллельное скрещивание показало, что различия в радиочувствительности связаны с аддитивным действием генов. Две последние работы наиболее полно раскрывают картину действия хронического облучения на популяции. Они демонстрируют, что наряду с тем, что хронически облучаемые популяции обладают повышенной р адио^-у .остойчивостью, они не свободны от генетического груза.

Последствия искусственного повышения уровня радиоактивности.

В некоторых районах земли в результате испытаний атомных бомб или загрязнения радиоактивными отходами атомной промышленности произошло локальное повышение радиоактивного фона. Исследования в этих районах представляют большой интерес для изучения отдаленных последствий радиоактивного загрязнения окружающей среды. Стоун и Вилсон ( Stone, Wilson , 1958) изучали последствия термоядерных взрывов, проведенных на Марша^&вых островах, на популяции дрозофилы. Во всех популяциях было отмечено значительное поражение наследственных структур. На острове Ронгелап популяция восстановила свою генетическую структуру только через 26 поколений после облучения. Популяция на острове Бикини, пострадавшая больше всего, в 1954 году, в 1957 году все еще имела следы поражения наследственного материала. Изучение действия ионизирующей радиации на природную растительность испытательного полигона в штате Невада после взрыва по программе "Плаушер" в 1962 году обнаружило стимулирующее действие ионизирующей радиации на зимние однолетники (доза радиации 4000-13000 р), проявляющееся в укрупнении растений, выросших из облученных семян, увеличении их сухого веса и увеличении выживаемости (цитируется по Дубинину и др., 1972), Лак-кей и Беннет (Lcbcltty, ftemtet , 1963) обследовали качественный и количественный состав микрофлоры и микрофауны водоемов в Ок-Ридже, загрязненных радиоактивными отходами. Они пришли к выводу, что уровень радиоактивного заражения недостаточен, чтобы вызвать физиологические или генетические изменения организмов, обитающих в этих водах. Блейлок ( btcuflock , 1969) исследуя популяции гамбузии (Qamозера Уайт-Ок сбросами радиоактивных отходов Ок-Риджской лаборатории, отметил экологическую адаптацию этой рыбки к новому фактору среды обитания. Оказалось, что в условиях повышенного содержания радионуклидов в воде произошло увеличение размеров выводков у этих рыб по сравнению с контролем, компенсируя тем самым большой отход молоди за счет мертвых и аномальных эмбрионов. В 1974-1975 годах Трабалка и Аллен ( ItQufcoXkcL, A tit п. , 1977) продолжили исследования, начатые в 1965 году, на том же озере Уайт-Ок, загрязненном сбросами радиоактивных отходов Ок-Риджской лаборатории. Исследования проводились в лабораторных условиях на популяции из 200 особей в 1965 году. Основной вклад в дозу облучения рыб связан с /'-излучением радионуклидов, находящихся в илах. Мощность дозы j^-излуче-ния в 1965, 1971, 1975 годах составляла соответственно по 350, 180, 59^(/рад/сутки. Контролем служили рыбки из других озер сходных с опытным по всем экологическим факторам, кроме загрязнения. Опредеобитающей в условиях радиоактивного загрязнения рыбки гамбузии выловленных из озера Уайт-Ок ляли плодовитость рыбок, частоту гибели эмбрионов, длину тела, зависимость плодовитости от длины тела самки, критическую максимальную температуру для самцов и зависимость между длиной тела самца й критической максимальной температурой. По плодовитости опытная и контрольная популяции различались незначительно. Повышенная частота мертвых эмбрионов в опытной популяции 5,45% по сравнению с контрольной 2,79% указывает на присутствие летальных мутаций, сохраняемых в опытной популяции, несмотря на то, что со времени облучения прошло 60 поколений разведения в чистых аквариумах. Было отмечено также значительное увеличение дисперсии морфологических признаков (длина тела самок) и физиологических (максимальная критическая температура самцов) в опытной популяции по сравнению с контрольной. В другой работе Блейлок ( E>£ouyPoc.k , 1966) обследовал естественные популяции САъиъопо mus tent cuts, обитающего в радиоактивных донных отложениях озера Уайт-Ок и реки Клинч. Около 130 поколений комара ежегодно в течение 22 лет получали 230 рад. Проводили анализ числа аберраций хромосом в хромосомах слюнных желез личинок. Во всех популяциях были найдены шесть эндогенных гетерозигот по инверсиям. Частота этих инверсий незначительно отличалась от таковой в контрольной популяции, т.е. ни одна инверсия не явилась адаптивной к новому абиотическому фактору среды, каким является повышенный фон радиации. Помимо шести эндогенных инверсий у 755 личинок из радиоактивного водоема один раз наблюдались десять инверсий и и одна делеция. Автор приходит к выводу, что повышенный уровень радиации индуцирует хромосомные аберрации, но эти новые аберрации отметаются отбором.

Офел ( Ophal , 1979) в течение трех лет исследовал популяции рыб в сбросном водоеме Уайт-Ок. Никаких изменений, за исключением некоторого снижения продуктивности водоема, он не установил. Доза облучения в этой экосистеме за год составляла для беспозвоночных животных 200 рад, а для рыб - 3500 рад. Автор предполагает наличие у гидробионтов компенсаторных механизмов при радиационном воздействии. При исследовании популяций ChLbonomus из этого озера было обнаружено повышение частоты аберраций хромосом по сравнению с контролем. В лабораторных опытах наблюдали увеличение гибели и аномала ностей в развитии икры даже при низких дозах облучения.

Милишников и Новикова (1977) в экспериментально загрязненных -^Оу водоемах изучали генетическую изменчивость популяций серебряного карася. При помощи электрофореза анализировали варианты белков крови, мышц и хрусталика глаза. Мощности доз хронического облучения составляли от 0,1 до 0,5 рад/сутки. Установлено, что контрольные водоемы показали минимальное количество электрофорети-- ческих вариантов. В опытных водоемах с увеличением степени загрязнения количество электрофоретических вариантов увеличивалось, одновременно увеличивалась доля редких и совершенно новых вариантов белка. Вместе с этим отмечалось увеличение числа рыб с уродствами.

Шеханова и др. (1978) обследовали популяцию плотвы, обитающую в экспериментально загрязненном водоеме (мощность дозы хронического облучения составляла 0,5 рад/сутки). Было показано, что за время обитания в условиях радиоактивного загрязнения (не менее 10 поколений) , популяция плотвы стала отличаться своеобразием экстерьера - увеличилось отношение длины к ширине. Облучение плотвы указанной дозой не повлияло на темп роста рыб и характер течения эмбриогенеза. Отмечено снижение относительной и абсолютной плодовитости и смещение сроков нереста в сторону высоких температур, вследствие влияния радиации на эндокринную и воспроизводительную системы. Обнаружено повышенное число взрослых особей, имевших различные аномалии.

Около 20 лет происходят контролируемые сбросы отходов АЭС у Бомбея-Тарапура в прибрежную экосистему западного побережья Индии.

Для морских осадков Бомбейского залива максимальные концентрации i37Gs , I44Ce, I06Ru , 90Л. ,239Ри. соответственно равны 500, 300, 240, 15, I пкюри/г сухой массы, а в бентосных видах гидробионтов ^^Gs , -^Ru. - 50-65 пкюри/г сухой массы. Не было отмечено ( РаЫ et ai1979) изменений в плотности популяций, темпе размножения, роста и ряда других показателях у многих исследованных видов. Ричард и др. ( LickawL et оЛ., 1980) всесторонне обследовали 8 водоемов с радиоактивными отходами в Хапфорде. Максимальная концентрация J5 и >-излучений была обнаружена в воде во

А R доема ЮО-Н-Тренч - 5* Ю пюори/л., формирующая дозы свыше 7*10уцр в неделю от донных осадков, максимальная концентрация -излучателей была найдена в водоеме Зед-19 Дите - 4,6*кАшюри/л. В этих водоемах наблюдалось меньшее разнообразие беспозвоночных животных. В ЮО-Н-Тренч из беспозвоночных животных найдены только брюхоногие моллюски. Исследователи не смогли определить встречаемость и разнообразие макрофитов в этих озерах. На основании своих исследований авторы считают, что эти водоемы не отличаются друг от друга и от других водоемов по их биологическому описанию, отмечая, что только озеро ЮО-Н-Тренч имеет уровни загрязнения, которые возможно лимитируют колонизацию и рост численности водных организмов. Попова, Таскаев (1973) изучали влияние низких доз облучения на растения. Повышение радиоактивного фона в районе изучения произошло за счет разлива шахтных вод, которое произошло 30-50 лет назад. Мощности дозы облучения составляли 2,5-3,0уир/час. Изучали влияние повышенного фона ионизирующих излучений на количественные признаки ячменя. Наблюдали угнетение роста и развития растений. В другой работе Попова и др.(1974) анализировали частоту аберраций хромосом в мейозе ]/lcIcl j-aio., посеянных на тех же участках. Было отмечено повышение частоты аберраций хромосом в мейозе опытного варианта по сравнению с контрольным. На тех же участках Попова, Торлопова (1977) и Попова, Шершунова (1981) изучали влияние радиоактивного загрязнения почвы ураном, радием (мощность дозы 2,5^р/час) на частоту хлорофильных мутаций и частоту мутаций в локусе waxy у ячменя. И в том и в другом случае имела место лишь тенденция к увеличению частоты мутаций у хронически облучаемых растений по сравнению с контрольными. Авторы объясняют это недостаточным количеством материала взятого в анализ. Груздев, Таскаев (1977) определяли радиоустойчивость семян, собранных с хронически облучаемых участков, и численность этих видов на участках. По их данным некоторые виды оказались более радиоустойчивыми на загрязненных участках, чем на контрольных, другие наоборот. Корреляции между радиоустойчивостью видов и их численностью в биоценозе загрязненного участка не обнаружили.

Криволуцкий и др. (1975), Криволуцкий и др.(1978) изучали влияние повышенного содержания урана и радия на почвенную фауну. Работа проводилась на тех же участках, на которых работала Попова. Мощности доз хронического облучения составляли 50-4000 кр/час. Отмечалось угнетение некоторых, но не всех групп почвенных животных. Особенно чувствительными к повышенному содержанию урана и радия в почве оказались дождевые черви. В середине лета на участке с фоном 100j*кр/час численность дождевых червей была в 7 раз ниже, чем на контрольном участке, размеры их были мельче, наблюдались нарушения в репродуктивном процессе, отмечены изменения в эпителии средней кишки. Даневей и Кэй (^ццсшау, К&уе. , 1961, 1963) обследовали популяции хлопковой крысы и мышей из долины озера Уайт-Ок, загрязненной радиоактивными отходами. В опытных популяциях наблюдали сокращение периода размножения, уменьшение количества эмбрионов у самок, но различия в характере растительности местообитаний опытных и контрольных популяций не позволили авторам отнести различия в плодовитости целиком за счет радиоактивного загрязнения. В штате Невада (США) на участке испытательного ядерного полигона в кустарниковой пустыне проводилось изучение {Зъгпск etoA. , 1974) по-пуляционной динамики 4 видов грызунов из семейства гетеромиид» Три участка площадью по 9 га каждый были огорожены проволочной сеткой. Один из них подвергался хроническому облучению, а два других и один

ТОП неогороженный служили контролем. Облучение осуществлялось Cs , помещенном на высоте 15 метров над участком. Мощности доз на поверхности почвы составляли от 0,9 до 4 рад/сутки. Популяции грызунов обследовались ежемесячно в течение 5 лет. Численность грызунов в опытной и контрольной популяции менялась синхронно для всех видов, но ее уровень и жизнеспособность грызунов на опытном участке была ниже. Под влиянием облучения сократилась средняя продолжительность жизни грызунов и возрасла смертность в возрасте до б месяцев, уменьшилась скорость возрастания численности в популяции. Возрастная структура популяции и гистологический анализ свидетельствуют о интенсификации рождаемости грызунов в облучаемых популяциях особенно у молодых животных. Это же явление было отмечено в лабораторных условиях, В этих же лабораторных опытах были получены более точные оценки повреждающего действия хронического облучения грызунов. Было показано, что при данной мощности дозы хронического облучения в популяции в 2 раза возрастает смертность и вдвое снижается репродуктивный потенциал. Приспособленность грызунов пустыни переживать неблагоприятные для жизни периоды за счет большой продолжительности жизни и сохранения способности к размножению, оказывается легко уязвимой при длительном хроническом облучении.

Многолетние исследования Ильенко и др.(1980) на экспериментально загрязненном %г joy участке березового леса позволили получить интересные факты действия хронического облучения на лесных мышей. Уровни загрязнения стронцием-90 и иттрием-90 составляли на I участке(6,7-12;фйО?(Бк/м2, на П-м участке - 3,7* Ю7 -5,6*Ю7Бк/м2 (Ильенко," 1967, 1968). Ко времени начала исследований на опытных участках в популяциях сменилось 20-25 поколений животных с момента внесения на участки радионуклидов. Удельная концентрация и ^У в костной ткани хронически облучаемых животных на первом участке составляла 0,9'Ю4-5,2*104Бк/г костной ткани, на втором участке 0,26*104-0,56'104Бк/г костной ткани. Удалось установить, что продолжительность жизни облучаемых мышей меньше, чем в контрольных популяциях. Более быстрое отмирание взрослых перезимовавших особей, снижение интенсивности размножения в хронически облучаемой популяции в конце репродуктивного периода, что, в свою очередь, компенсируется более высокой интенсивностью размножения весной и большей плодовитостью за счет меньших эмбриональных потерь. Подобные результаты получили американские исследователи ( сГгал.ок. et оА » 1974), цитировавшиеся выше. Изучение сравнительной радиоустойчивости хронически облучаемых и контрольных мышей в опытах Ильенко и др.(1980) показало, что при дополнительном остром облучении в летальной дозе ЮООр, подопытные животные погибали в течение пяти дней (с 3-его по 7-й день после облучения), а контрольные в течение двух дней (на 3-4-й день после облучения). Однократное облучение животных гамма-лучами в дозе 200р вызвало повышение процента клеток с аберрациями в селезенке опытных мышей на 47%, а в контрольных - на 89%. Испытания контрольной и опытных мышей физической нагрузкой (принудительное плавание) показали, что опытная популяция физиологически более устойчива к неблагоприятным экологическим факторам. Все это позволило авторам сделать вывод о том, что в хронически облучаемых популяциях животных имеет место процесс адаптации к ионизирующему излучению. Изучение мутагенного действия повышенного уровня радиоактивности, проведенное Тищенко (Дубинин и др., 1972) на тех же экспериментальных участках на красных полевках и лесных мышах, показало, что несмотря на повышенную радиоустойчивость хронически облучаемых животных, уровень аберраций хромосом в клетках костного мозга и частота анэуплоидных клеток у красных полевок составляли соответственно 2,19$ и 11,5$, против 0,08$ и 2,47$ в контроле. У исследованных животных не были обнаружены кариотипы, несущие какие-либо наследуемые изменения, что указывало бы на накопление генетических эффектов в поколениях. Изучение пролиферативной активности клеток костного мозга показало, что хроническое облучение животных подавляет пролиферативные процессы в кроветворных клетках костного мозга. Степень угнетения митотиче-ской активности клеток зависит от интенсивности облучения. У животных с 1-го участка митотический индекс равен 2,48-0,09$, со П-ого участка - 2,8^0,1$, в контроле -3,2^,1$. Уровень мутационного процесса в клетках костного мозга также, как оказалось, зависит от интенсивности облучения: частота аберраций хромосом в клетках костного мозга у животных с 1-го участка составляла 16,05^0,44$, со П-го участка - 10,50^0,44$ и 8,71±0,32$ - в контроле. На тех же экспериментально загрязненных участках Криволуцкий и др.(1972) изу^ чали влияние радиоактивного загрязнения ^Sr на почвенную фауну и некоторые виды дикорастущих травянистых растений. У животных (многоножки геофилиды) изучалась изменчивость числа ног в хронически облучаемых и контрольных популяциях. Радиоактивное загрязнение приводит к резкому сокращению численности многоножек. Было отмечено достоверное увеличение изменчивости количества пар ног у самцов PcLcklmeiliun ^егги^Ским . Для остальных групп почвенных животных наблюдалась тенденция к увеличению разнообразия по этому признаку. Учитывали также случаи отклонения числа члеников в усиках от нормы. Отмечено повышенное количество такого рода уродств в хронически облучаемых популяциях многоножек. У растений нивяника обыкновенного {LeucdM.tk.eM.tLm vutcjOLi.e. L> ) изучали измен-' чивость цветков по количеству язычковых цветков. Отмечено статистически достоверное увеличение изменчивости по этому признаку в хронически облучаемых популяциях. У тысячелистника {^chte. ££<х. т/-Ztifo&nmL) изучали структуру популяций по цвету цветков. Наблюдали увеличение интенсивно окрашенных форм в хронически облучаемых популяциях по сравнению с контрольными. К сожалению, авторы не провели сравнения радиоустойчивости белоцветковых форм и интенсивно окрашенных. Возможно интенсивно окрашенные формы более радиоустойчивы и имеет место отбор этих форм в хронически облучаемых популяциях. Нижников и др.(1979) изучали влияние повышенного фона радиоактивности за счет,глобальных выпадений в районах крайнего севера (в 100 раз больше, чем в других районах северного полушария), на северных оленей. Сопоставление накопления стронция-90 и цезия-137 в организме животных и яловости маточного поголовья выявило статистически значимую корреляцию (коэффициент корреляции от 0,59 до 0,87). Шевченко и др.(1967), Шевченко и др.(1969) было показано, что штаммы одноклеточной микроводоросли CktoztiicL vutc^azti , выделенные из образцов почвы, собранных с тех же участков, где работали Ильенко, Криволуцкий и др., несли больше пигментных мутаций, чем штаммы с контрольных участков. Особенно велик мутационный груз был в весенний период, что объяснимо накопленной за зиму дозой хронического облучения. В летний период во время интенсивного размножения, популяции хлореллы, по-видимому, очищались от этого груза, поэтому осенью мутаций регистрировалось меньше. В этих же работах было показано, что хлорелла с хронически облучаемых участков более радиоустойчива к дополнительному острому облучению, чем хлорелла с контрольных участков.

Лозина-Лозинский, Александров (1959); Лозина-Лозинский (1961) также обнаружили повышенную радиорезистентность у микроорганизмов, выделенных из радиоактивных источников.

Чережанова и др.(1971); Кальченко и др.(1976) на искусственно загрязненном -^Y участке изучали влияние хронического облучения на природные популяции дикорастущих травянистых растений. Они показали повышение числа клеток с аберрациями хромосом в проростках семян, собранных с опытных участков, по сравнению с контролем. При дополнительном остром гамма-облучении семян опытных растений была обнаружена повышенная радиоустойчивость этих растений, по сравнению с контрольными. Авторы делают вывод о радиоадаптации хронически облучаемых растений.

Зуев и др. (1977) проводили загрязнение посевов пшеницы строн-цием-89 на разных фазах онтогенеза. Уровни загрязнения составляли - 85, 207, 312, 98, 201, 365у«Кю/м2. В результате загрязнения увеличилась поражаемость пшеницы твердой головней, увеличилось общее кущение и снизилось продуктивное, в результате чего снизился урожай. Другой причиной снижения урожая была повышенная стерильность. Снижалась также масса 1000 зерен и полученные семена отличались низкой всхожестью. Авторы отмечают повышенную частоту мутаций по сравнению с острым гамма-облучением в эквивалентных дозах. Каль-ченко и др.(1977) выращивали растения ячменя в течение длительного времени в условиях повышенного фона радиоактивности, созданного внесением в почву стронция-90 (1,5укКю/м^). Контролем служили растения, выращенные при естественном уровне радиоактивности. У хронически облучаемых растений в Mj в мейозе отмечали повышение уровня аберраций хромосом по сравнению с контролем. Начиная с Мд уровень мутирования у облучаемой популяции снизился до контрольного. Авторы делают вывод о радиоадаптации хронически облучаемых растений. Позже Кальченко и др.(1979) провели эксперимент, в котором посевы ячменя облучали путем нанесения растворов иттрия-90 (период полураспада - 64 час., Е=0,9Мэв) на растения в период прохождения восьми основных фаз развития. Исследовали цитогенетическое действие облучения во время микроспорогенеза в анафазе-I. Показано, что зависимость частоты аберраций хромосом от дозы облучения растений, в логарифмическом масштабе линейная. Самая высокая частота аберраций хромосом наблюдалась при облучении растений в момент прохождения мейоза. Анализировали частоту хлорофильных и морфологических мутаций в Mg> Установлено, что доза, при которой наблюдается максимальный эффект, для разных фаз онтогенеза не одинакова. При облучении в более поздние фазы развития максимум мутаций наблюдается при больших значениях поглощенной дозы, чем при облучении в ранние фазы онтогенеза. Затем с ростом поглощенной дозы, уровень мутаций снижается. Авторы считают, что это снижение происходит потому, что с ростом, дозы повышается частота летальных повреждений, которые элиминируют видимые мутации.

Уинсор ( Wfhsor* » 1983) изучал распределение растительности на загрязненных плутонием почвах, в районе ядерных предприятий Рок-ки-Флетс. Обследовали два участка, участок А - с концентрацией плутония в верхних слоях почвы 2,8 Бк/г и участок Б - 0,9*Ю~3Бк/г. При наблюдении за растительностью особое внимание уделялось чертополоху Ноддинга, двухлетнему сорняку, который может быстро вторгаться на пустынные площади и доминировать в бесплодных районах. Плотность взрослого чертополоха на каждом участке и розеток первого года на участке Б были стабильны в I980-I98I годах. На участке А плотность розеток увеличилась между 1981 и 1982 годом с 1,2 до 2,1 на м2, правда первоначальная популяция чертополоха на участке А была больше, поэтому увеличение плотности розеток может быть результатом большого количества семян. Искусственно созданные уровни радиоактивности как правило выше, чем естественные и поэтому генетические и радиобиологические эффекты, как можно было убедиться из представленного выше материала, тоже более значительны. Почти все авторы указывают на повреждающее действие повышенного фона радиоактивности, но вместе с тем некоторые исследователи отмечают повышение радиоустойчивости хронически облучаемых популяций животных и растений. В некоторых работах показано, что несмотря на повышение радиоустойчивости в хронически облучаемых популяциях, они тем не менее подвержены повреждающему действию ионизирующих излучений и несут больший мутационный груз по сравнению с контрольными необ-лученными популяциями.

Влияние низких доз хронического облучения от внешних источников ионизирующей радиации.

Помимо изучения влияния повышенного фона естественной и искусственно созданной радиоактивности на растения и животных, проводились исследования хронического облучения природных сообществ от точечных источников ионизирующих излучений. В ранних работах (МсСог-mick t Ptdtt , 1962; М&гуеи., Staiis , 1962; Meiicie. et at , 1962; Mikscke a£. , 1962; So*tSakaltez , 1963; VcuitHrf, SpcLtzoiA/, 1963; Woo&weHl, SpcuvtouJ , 1963; Woodweli , 1963; PUtt ,1965; WoodwM, Oostin^ , 1965) исследования ограничивались в основном наблюдениями за морфологическими и сукцессионными изменениями в

Т37 биоценозах, облучаемых Cs в широких интервалах доз от I р до 80000 р. В этих опытах было представлено два типа контроля: обследованные популяции животных и растений на облучаемой территории до облучения, и обследованные популяции на необлучаемой территории вблизи опытной. Результаты этих опытов показали, что популяции растений оказались более радиочувствительны, чем ожидалось, исходя из характеристик клеточного ядра, его объема в интерфазе, числа хромосом. Наблюдали появление морфологически измененных растений и отдельных органов их (неправильной формы листья, укорочение стебля, ингибирование меристемы и т.д.), а также сукцессионные сдвиги в сообществе - выпадение более радиочувствительных видов из ценоза (травянистые растения оказались более радиоустойчивы, хвойные наиболее чувствительными). Обсуждая результаты опытов, авторы видят причину более высокой радиочувствительности растений, чем это ожидалось в том, что воздействие проводилось на активно метаболизиру-ющие растения, а не на семена и в том, что в природе всегда присутствуют факторы физиологического стресса, влияющие на радиоусточи-вость. Позже ( ^Cb&tLej et а£. , 1972) на другой экосистеме во Франции, в Кадарахе, был проведен эксперимент подобного рода. Результаты его были в основном такими же, 1фоме того авторы отметили интересный факт, виды,типичные для внутренних районов материка оказались более радиоустойчивыми, чем виды, характерные для прибрежных экотопов. Авторы считают, что эта особенность может быть использована для классификации видов по радиоустойчивости.

Сперроу и др. С SpajizovJ et cd, 1973) изучали влияние условий внешней среды на выживаемость растений и связь объема ядра с повреждающим действием радиации. Молодые растения 6 родов (AbCLiiotoptib > CapseiicL.j CkuscLntketnutn, Иа.рксиъи£, VzcbdcsccLttiiCL^ 7г-ора.е.с1шлг) подвергали острому ^-облучению. Увеличение температуры в пострадиационный период снижало среднее время выживания и процент выживших растений, а уменьшение температуры наоборот увеличивало. Помимо облучения целых экосистем проводились опыты по хроническому действию ионизирующей радиации на отдельные виды растений и животных. Стейн и Сперроу ( Stein} £ролго\х/ , 1963) облучали сеянцы каланхое в течение всего вегетационного периода. Мощности доз от 10 до 300 р/сутки. В работе ( Vt^A,^unthzt, 1965) подобной обработке подвергали fcidkius communis . Мощности доз составляли от 25 до 500р/сутки. Эффекты такого облучения в обеих работах были сходными: при мощностях доз 500-300р/сутки прекращался рост растений, при более низких мощностях доз наблюдали стерильность, гипертрофию листьев, укорочение междоузлий. В двух других работах ( М&г^ел,^ Slmsok , 1967; HboninL , 1967) изучали влияние хронического облучения на сосну. Мощности доз составляли в первой работе 1,15

3,15р/сутки, во второй - 2,10 - 36,2р/сутки. Все авторы отмечали чрезвычайно высокую радиочувствительность сосны, выражавшуюся в возникновении хромосомных аберраций в клетках нуцелуса, ингибиро-вании активности апекса побегов, некрозе вегетативных почек, и гибели растений. Более поздние исследования {SkepporoL et ol. , 1982) подтвердили вывод о высокой радиочувствительности сосны. Мощность дозы равная 7умГр/час угнетала рост и снижала продуктивность сеянцев. Авторы однако рекомендовали использовать сосну для заселения территорий с уровнем ионизирующих излучений меньше 0,7^Гр/ч. Две группы исследователей (O^cniti е£ сД• , 1968; Ильина и др., 1974) изучали действие хронического облучения на пшеницу и бобы. Мощности доз составляли в первой работе 5-30р/сутки,во второй -1,0 - 2,0 р/час. В обоих случаях наблюдалось снижение фертильнос-ти растений и увеличение частоты хлорофильных мутаций в Fg. Кааз и др.( Ксихл et л/, 1971) облучали гамма-лучами цезия-137 (33600 Ки) участок с дикорастущими растениями в штате Невада. Облучение было начато в январе 1964 года. Наблюдения проводили весной 1969г. За это время растения экспериментального участка получили общую дозу от 3,9 до 9,8 кр. Внимание исследователей было акцентировано на кустарнике Epkecha. rie\/a.ctztbs,}s . На всей облучаемой площади (9га) подавляющее большинство растений эфедры не зацвело. Вегетативный рост этого вида также был очень небольшим по сравнению с контрольными участками. Влияние хронического облучения на другие виды растений опытного участка не заметно или сомнительно. Авторы объясняют такое отличие в радиочувствительности эфедры от других видов больший объемом интерфазных хромосом у эфедры. Облучение пустынного кустарника МъсипеъСь. pccivi^otlou в течение 10 лет при мощности дозы от 0,1 до 10 р/сутки ( Mtmei, во/nietQ , 1978) привело к различным последствиям в зависимости от мощности дозы облучения. Торможение роста и развития наблюдалось при общей дозе облучения 25 крад (мощность дозы облучения 6,8 рад/сутки). При мощности дозы 7 рад/сутки гибель кустарника достигала 16%. Облучение при мощности дозы 8 рад/день привело к снижению площади покрытия под кустарником с 44 до 20%, количество стеблей на куст уменьшилось в 4 раза, среднее количество листьев на куст снизилось с 40 до 19, плодов с 34 до I. Кордеро {Coidato , 1982) изучал действие хронического облучения на Lupinus aUusL. . Облучение проводилось от прорастания до стадии цветения, мощности доз составляли 2,75; 8,5; 16; 25; 33 рад/час. При мощности дозы 33 и 25 рад/час наблюдали уменьшение числа листьев, укорочение междоузлий, множественные побеги, укорочение жизненного цикла и преждевременную гибель без цветения. Растения, облученные при мощности дозы 2,75; 8,5 рад/час зацвели, но были стерильны. Отмечали также уменьшение диаметра стебля, что связано, по-видимому, с ингибированием меристем. Некоторые авторы (МItaie, ^сшч. , 1974) отмечают стимулирующее влияние хронического облучения малыми дозами растений. Облучению подвергали 4-х месячные проростки анноны (Апопа. stju&moso,). Облучение проводили на гамма-поле при мощностях доз от 105 до 640 укр/час. При облучении в течение 12 часов в сутки общие дозы за 4 годовой период составили от 946 до 5300р. Измерение деревьев к концу первого, после завершения облучения,сезона вегетации показало увеличение их высоты, количества ветвей, повышение общего веса плодов в 1,5 - 2 раза и среднего веса плодов на 13-30%. Наибольший эффект стимуляции по отношению урожая плодов отмечался при мощностях доз 195, 300 и 480уир/час. Вопрос о стимулирующем действии малых доз хронического и острого облучения растений подробно обсуждался в обзоре Сакса {San , 1963). Проанализировав большое количество литературных данных, автор пришел к выводу, что ионизирующее излучение может стимулировать рост растений на некоторых стадиях развития и может индуцировать раннее цветение. Оно может также стимулировать развитие боковых почек, преимущественно путем инактивации ауксина. Автор отмечает, что эти стимуляционные эффекты обычно небольшой величины и часто не повторяются, хотя в отдельных опытах различия могут быть статистически значимыми. Данные об увеличении урожая зерна менее убедительны. Опыты, проведенные в США, по замечанию Сакса показали отрицательные результаты. Во всех рассмотренных выше публикациях действие хронического облучения на отдельные виды растений, изучалось, в основном, при помощи радиобиологических тестов и полученные данные подтверждают результаты исследований более ранних лет. Вместе с тем имеется ряд работ, в которых рассматриваются генетические последствия хронического облучения растений и животных. Науман и др. ( HcuUMglk, etcJH.\ 1973) изучали влияние мощности дозы хронического внешнего облучения на традесканцию (клон 02). Мощность дозы варьировала от 0,0036 до 30 рад/ мин. для гамма-лучей цезия-137 и от 0,3 до 500 рад/мин. для рентгеновских лучей. Анализировали частоту мутаций, изменяющих окраску цветка от голубого к розовому. Было показано, что при мощности дозы равной 0,5 рад/мин дозовая зависимость линейна. Каплан и Тихомиров (1973) проводили сравнительное изучение действия внешнего и инкорпорированного облучения стронция-90 на растения CzcpU cofcfaiis и показали чрезвычайно высокую мутагенную эффективность инкорпорированного радионуклидаЛ в 20 раз эффективнее, чем внешнее облучение) . Камра ( Кскупмь , 1974) провел подобный эксперимент на араби-допсисе и подтвердил более высокую эффективность внутреннего облучения растений. Этсуо и Ясуо (EU>uo} Ya&uo , 1977, 1978) облучали различные линии кукурузы в хроническом (мощности доз - 1,52 -83,0 р/день) и подостром (476 р/день) режимах. Учитывали соматические мутации, у гетерозиготных по гену хлорофильной недостаточности растений, а также мутации в пыльцевых зернах по синтезу крахмала: и ouynitoja. extendat . Частота мутаций возрастала почти линейно с увеличением мощности дозы до 10 р/сутки для чувствительной линии и до 23 р/сутки для радиоустойчивой линии р и достигала 1*10 , параллельно повышалась стерильность пыльцы. Наименьшей мощностью дозы, при которой наблюдалось статистически достоверное повышение числа мутаций была - 3,8 р/сутки. Авторы отмечали также, что частота мутаций при хроническом облучении была в 20 раз выше, чем при подостром. Во Франции груша исследователей ( TcdtxLts^etjooux , 1978; Тамге. а£. , 1981) проводили изучение генетических эффектов низких доз хронического облучения на поле в Кадарахе. Учитывали частоту соматических мутаций у двойных гетерозигот по генам хлорофильной недостаточности: а^ и а^ У таба

Т37 ка. Растения облучали гамма-лучами ° Сs мощности дозы составляли 0,5; 3,5; 6,5; 9,5jaрад/час, 0,25; 0,50; 0,75 и 1,0 рад/час (в контроле 10^Скрад/час, ~0). Общее время экспозиции 1273 часа. Однако, поскольку клеточные деления у табака происходят через 24 часа и при этом повреждения элиминируются, за эффективный период облучения было взято 24 часа. Дозы, накопленные за это время, составляли соответственно 0,24-228^ рад и 6-12 рад. Выход хлорофиль-ных мутаций был линейным в зависимости от дозы в условиях обоих серий доз. На другой тест-системе учитывали частоту мутаций waxy в пыльцевых зернах ячменя, при мощностях доз второй серии были получены такие же результаты - линейная зависимость выхода мутаций от дозы облучения. Уоллес ( WMtLt , 1956) впервые получил данные по динамике мутационного процесса в хронически облучаемых популяциях СЭг. melctficgcustez. • Было исследовано три хронически облучаемых популяции дрозофилы. Две популяции облучали при мощности дозы 5,1 р/час (одна содержала 1000 особей, другая -10000) и одна популяция облучалась при мощности дозы 0,9 р/час. Исходные популяции были свободны от мутаций во второй хромосоме. Сразу после начала облучения в популяциях наблюдалось повышение частоты летальных мутаций и, приблизительно, через 50-60 поколений установилось равновесие между давлением мутационного процесса и действием отбора, что выразилось в стабилизации частоты мутаций. Эти опыты показали также, что уровень мутаций в хронически облучаемых популяциях зависит от мощности дозы, при которой облучали популяции.

Обширные исследования были проведены группой шведских ученых во главе с Люнингом ( Lmiufy , I960). Самцы из популяции мышей линии СБА каждое поколение облучались в дозе 2,76Гр. Размер популяции в начале опыта составлял 125 пар мышей. Эффект облучения оценивали по следующим тестам: размер помета, число пометов за период в 100-170 дней", смертность мышат в период кормления молоком матери, частота доминантных и рецессивных леталей, радиоустойчивость. Результаты изучения 14-ти поколений показали небольшое снижение размера помета, уменьшение общего числа потомков и повышенную гибель детенышей (kilning , 1963, 1964). Разница с контролем составляла 5-10% и не увеличивалась из поколения в поколение. Частота рецессивных летальных мутаций у самцов 14-го поколения составляла 0,43*10""^ на 1сГр на геном ( LutiLnXj 4 SeciiHt , 1971), т.е. была относительно низкой. Изучение радиоустойчивости повторно облучавшихся в каждом поколении животных не показало различий с контрольными необлучавшимися мышами (Skeudan. J QmoJoxJk , 1967; S/гь-tidojL i 1967). Таким образом из этих работ можно сделать следующие выводы. Повторные облучения мышей в каждом поколении в течение 13-14 поколений приводят к повышению частоты мутаций в этих популяциях, причем кумулятивный эффект повторных облучений или отсутствует, или незначителен. Радиоустойчивость облучаемых популяций не изменилась по сравнению с контрольными популяциями. Несколько иные результаты были получены Марквесом (Mazyues , 1973) в подобных экспериментах на 9)г. neiuloscL • Популяции мух (по 4 на каждую дозу облучения и контроль) облучали каждое поколение следующими дозами:500, 1000, 2000 рад. Тесты для выявления действия радиации были следующие: изменение конкурентоспособности при совместном содержании этих мух с vt/iitidoni , яйцекладущая способность, процент выхода личинок и средняя продуктивность пары мух. Эксперименты показали, что конкурентоспособность повторно облучаемых мух ниже, чем конкурентоспособность контрольных необлучаемых мух. В облучаемых популяциях снижалась яйцекладущая способность, выход личинок и продуктивность мух. Радиорезистентность, которая определялась по эффекту дополнительного облучения контрольных и постоянно облучаемых мух, оказалась выше у последних. Подобные результаты были получены в уже рассмотренной работе Кратца ( Кго£& , 1975) на мухах из радиоактивного леса. Отсутствие повышенной радиоустойчивости в хронически облучаемых популяциях мышей в опытах Люнинга можно объяснить, по-видимому, тем, что в опыт были взяты линейные мыши -отсутствие запаса генетической изменчивости не дало возможности отбору выбрать более радиоустойчивые генотипы.

Ермолаева-Маковская и др.(1973) изучали действие инкорпорированного стронция-90 и цезия-137 на мышей в хроническом эксперименте. Мышам в течение всей жизни ежедневно вводили 1пкюри стронция-90 и 0,25 пкюри цезия-137, что эквивалентно уровню глобального выпадения, а также 10, 100, 1000 кратные количества этих радионуклидов. При минимальном введении отмечали увеличение веса животных по сравнению с контролем, большее число детенышей в помете и наивысший коэффициент воспроизводства. При введении животным 10-100 кратного количества радионуклидов отличий от контроля не было обнаружено. При наибольшей дозовой нагрузке отмечено снижение числа детенышей в помете. Байракова и др.(1978) облучали самцов мышей в дозе ЮОрад при мощности дозы от 0,0007 до 0,07 рад/мин. Через 3 месяца после облучения исследовали выход транслокаций хромосом в половых клетках. Было установлено, что понижение мощности дозы с 0,07 до

0,007 рад/мин не отразилось на эффективности гамма-облучения, количество клеток с транслокациями составляло соответственно 0,3 и 0,4$. При снижении мощности дозы еще на один порядок (до 0,0007 рад/мин) частота транслокаций не превышала спонтанный уровень - 0,05$, т.е. облучение при такой мощности дозы оказалось неэффективным.

Бризани и Калина ( Bte2£Jti } KclPlucl. , 1980) исследовали частоту аберраций хромосом в клетках костного мозга мышей, облучаемых непрерывно в течение 140 суток гамма-лучами при мощности дозы 0,5 р/сутки. На 10-й день облучения частота аберраций хромосом повысилась до 4,8$, однако в дальнейшем в период 60-140 суток частота аберраций хромосом стабилизировалась на уровне 2-3$. При исследовании реципроьЗзых транслокаций и доминантных летальных мутаций эффект облучения отсутствовал.

Пардом и Вудхед {Р&гсСот., WoooLlvz&d , 1973) изучали действие хронического облучения (мощность дозы 0,25-1,7 рад/час) на плодовитость и частоту мутаций у гуппи. При мощности дозы 1,7 рад/час рыбы становятся стерильными через 4 месяца, при дозе 0,25-0,5 рад/ час наблюдается снижение плодовитости на 50$. Авторы считают, что снижение плодовитости является результатом индукции доминантных летальных мутаций. Влияние более низких мощностей доз на гуппи было исследовано Вудхедом /в более поздней работе ( WoocUuzcbd , 1977), цитируется по ^JoocUbtOucL eL al. ,1983/. Было показано, что низкие дозы хронического облучения гуппи в течение постнатального периода вызывают уменьшение их плодовитости за всю жизнь с 381 до 217 потомков на одну самку. Вудхед и др.( \A/oodke,a.cL et аЛ., 1983) ставили эксперименты на Дшса. spfendefis , рыбке, которая как и гуппи удобна для работы и кроме того, ее хромосомный набор позволяет проведение цитогенетических исследований. Мощности доз хронического облучения составляли 50 украд/час и 700р.рад/час. Было основано по 6 лабораторных популяций (20 самок и 10 самцов) на каадую дозу и б контрольных популяций. Один раз в три месяца определяли общую биомассу, число рыб и распределение по размеру рыб. Вплоть до 200 дней наблюдали лишь минимальные различия между скоростью увеличения общей биомассы в облучаемых и контрольных популяциях, только в одном аквариуме (мощность дозы 700^крад/час) было отмечено появление мальков. После 200 дней начался падеж рыб во всех б аквариумах с наивысшей мощностью дозы. Гистологическое исследование показало отсутствие в гонадах терминальных клеток. Повторные эксперименты показали, что при мощности дозы 700украд/час в семенниках уже к 10-у дню отсутствовали вторичные сперматогонии и сперматоци-ты. В яичниках на 150 -й день еще присутствовали зрелые ооциты. Анализ диакинеза мейоза показалРналичие реципрокных транслокаций, индуцированных в сперматогониях. При низкой мощности дозы не было заметного влияния облучения на увеличение биомассы вплоть до 520 дней.

Обзор литературы показывает, что в районах с повышенным уровнем ионизирующих излучений, сформированным выходом радиоактивных элементов на поверхность земли, имеет место поражение многих элементов биоценоза при относительно малых мощностях доз хронического облучения. Повышенная радиоустойчивость хронически облучаемых популяций при дополнительном остром облучении говорит о том, что имеет место радиоадаптация популяций, обитающих в этих местах. Вопрос о природе повышенной радиоустойчивости хронически облучаемых популяций остается открытым. Повышенный генетический груз, наблюдаемый в хронически облучаемых популяциях, свидетельствует о том, что несмотря на то, что действие повышенного фона радиации в исследованных районах имеет место уже в течение многих веков, специфического приспособления к мутагенному действию этого экологического фактора у организмов не выработалось. Необходимы более полные знания о величине генетического груза и зависимости ее от мощности дозы хрогт нического облучения.

Сравнение данных по изучению действия радиации на природные экосистемы с данными лабораторных исследований выявляет сильное модифицирующее действие обычных постоянно действующих факторов среды на эффекты хронического облучения.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ Глава П Материалы и методы

Выбор объекта и методов исследований диктуется поставленными задачами исследования, поэтому описание объектов и методов, использованных в данной работе будет следовать порядку изложения результатов экспериментов.

I. Объекты исследования. В качестве объектов исследований использовали ряд видов дикорастущих травянистых растений, произрастающих на участках, искусственно загрязненных стронцием-90 и иттрием- 90, и контрольных незагрязненных участках. Выбирались виды удобные для цитогенетического анализа - имеющие небольшое количество крупных хромосом: C"ZJ3*/ois т L. , 2п- 8 : CentcLu-Lecb

Sca6iozcLls Zn= 20 ; Pe^n^cL^o vncujox. L. , 2n= 12 ; игл yno.'iJtcL.^on l,, 2>г = 24. Исключение составляет rfnd'LoscLc e se.pte.rCtt'ionabsL. Zn - 20, имеющий мелкие хромосомы. Включение проломника северного в цитогенетический анализ определялось необходимостью более детального изучения последствий хронического облучения этого вида. Семена дикорастущих растений собирали на загрязненных и контрольных участках рендомизировано, т.е. на определенных участках собирали семена со всех растений подряд. В каждой популяции в среднем брали семена с 50 - 100 растений. Семена проломника северного собирали посемейно, а также в смеси семей. Спонтанный уровень аберраций хромосом в клетках корневой меристемы определяли параллельно с опытом по анализу сравнительной радиоустойчивости хронически облучаемых и контрольных растений. Для определения радиоустойчивости растений семена, собранные с опытных и контрольных участков, облучали дополнительно провокационными дозами гамма-лучей ( кобальта - 60 на аппарате ГУП0С, мощность дозы 4,9Гр/мин), проращивали в чашках Петри на влажной фильтровальной бумаге при температуре 25-26^С. Проростки фиксировали в смеси ледяной уксусной кислоты и спирта (1:3). Красили ацетокармином. Делали временные давленые препараты. Анализировали анафазы первого митоза в клетках корневой меристемы зародыша. Поскольку помимо анализа спонтанного уровня аберраций хромосом изучали сравнительную радиоустойчивость тех же видов при дополнительном остром облучении, время вхождения клеток во второй митоз контролировали по появлению в клетках микроядер, которые образуются во втором митозе в результате делеций и ассиметричных транслокаций хромосом, видимых в первом митозе. Учитывали следующие аберрации хромосом: мосты одиночные и двойные, фрагменты одиночные и двойные, а также множественные; иногда встречались кольцевые фрагменты.

Анализ хлорофильных мутаций проводили на проростках семян. Для этого семена, собранные с опытных и контрольных участков, проращивали в чашках Петри на фотостате до появления семядольных листьев. Учитывали хлорофильные мутации типа и хо^гтЛ&а. (по: Калам и Орав, 1974).

Учет частоты аберраций хромосом в мейозе проводили на чине гороховидной (%Q*tttyz«<!> jfrssifexntts L. ). Для этого во время цветения фиксировали бутоны в смеси спирта и ледяной уксусной кислоты (3:1), контролируя фазы мейоза на временных давленых препаратах. Анализировали анафазы I и П.

Анализ частоты эмбриональных леталей проводили на крупке ^^аЛо. nemotosa. L.) и проломнике северном (dndi^sa&e, seftesHt^ona&s L) t Для этого собирали стручки первого и коробочки второго вида на стадии молочно-восковой спелости, под бинокулярной лупой вскрывали их и учитывали все эмбриональные летали без дифференциации их на типы, применяя методику, разработанную на арабидопсисе f 1963).

Для того, чтобы выявить роль мощности дозы в выходе генетических изменений, были поставлены специальные опыты с модельным объектом клоном 02 традесканции. Этот клон является наиболее чувствительной тест-системой, разработанной в последние годы для проверки мутагенности загрязнения окружающей среды. Клон 02 является природным гиб-ридомТъас/езсо.ntiCL о^ cC^ntaQHS B^ffon uHdtfeSCa.ntia.ohi&'tiSfol

Это диплоидное растение (2п=12), гетерозиготное по окраске цветка. Имеются три основные типа окраски: голубая - доминантная, розовая -рецессивная и генетически неопределенная - бесцветная. Мутации учитываются в волосках тычиночных нитей (ВТН) цветка. Соцветие традесканции представляет собой компактную кисть бутонов. Бутоны распускаются неодновременно, - по одному, двум в сутки. В одном цветке имеется б тычинок, каждая тычинка содержит 40-50 волосков. Волоски образованы чередой клеток (рис.1). Под бинокулярной лупой учитывается изменение цвета клеток. Появление розовых клеток диагносциру-ется как мутантное событие. Если одна или несколько розовых клеток находятся между голубыми, то такой случай означает одно мутационное событие. Если волосок имеет две или несколько розовых клеток, разделенных одной или несколькими голубыми клетками, то это указывает на наличие двух мутационных событий. Следует отметить, что система ВТН традесканции кроме учета пигментных мутаций включает в себя целый ряд других показателей, в том числе появление гигантских или карликовых клеток, ветвление волосков и др. (рис.1). Однако, наиболее точную информацию дает тест пигментных мутаций. Перед анализом тычиночные нити отделяют от цветка и помещают в каплю воды на предметное стекло. Под лупой (х 25) волоски препаровальной иглой распрямляют. Подсчитывают количество волосков у каждой нити и учитывают имеющиеся мутационные изменения. Частота мутаций определяется отношением количества мутационных событий к числу просмотренных волосков. Частота мутаций в контрольных вариантах для клона 02 составляет по данным Сперроу (£p<vvto*/ , 1976) - 0,48-0,15* КГ3, по flan's о ным Р.Г.Осиповой (1984) варьирует от 0,3'Ю до 4,6*10 на волосок.

ОГШСАШ

НОРМАЛЬНЫЙ ВОЛОСОК

РОЗОВЫЕ U БЕСЦВЕТНЫЕ КЛЕТИ 1

ГИГАНТСКИЕ клти

КАРЛИКОВЫЕ клетки иЭГИБАЮиии-ся волосок

РАЗВЕТВЛЕННЫМ ВОЛОСОК волоски с ттлшы

РОСТОМ

OCUOBAMUE ВОЛОСКА а

Ю и 12

НЕКОТОРЫЕ СЛОЖНЫЕ K0U-шлции ТИПОВ КЛЕТОК

ГОАУБОИ о РОЗОВЫМ а бЕСЦКТМЫи

Рис.1. Типы нарушений, обнаруживаемые в волосках тычиночных нитей традесканции (по а£, , 1970)

Зависимость частоты нутаций В волосках тычиночных, нитей традесианции (клон 02) от мощности Ооль/ хроническою оЪлучения

Рис.2. Зависимость выхода мутаций в волосках тычиночных нитей традесканции от мощности дозы хронического облучения

Горшки с цветущими растениями традесканции выставляли в конце июня на экспериментальные участки. Горшки были изолированы от загрязнения радионуклидами почвы, таким образом, облучение было только за счет внешнего бета-излучения. Величину поглощенной дозы определяли при помощи термолюминистентных дозиметров Li Р . Анализ ВТН проводили каждый день в течение месяца, начиная с 7 дня от постановки опыта, поскольку известно, что мутации в волосках тычиночных нитей появляются через неделю после облучения ( Und^tBtink <г£ а&. f 1973). Опыты проводили на больших участках, где мощности доз были относительно невелики (таблица 5) и маленьких участках, на которых мощность дозы хронического облучения была заметно выше (таблица б). Каждый опыт был поставлен в двух повторностях, одна повторность опыта на больших участках была просмотрена Суворовой Л.И. и Присыпки-ной С.А. Их результаты совпали с нашими.

Основным объектом исследований был выбран проломник северный (/?ncf*.os<ice sept&nt^oneLCiS L.) из семейства Р-итивасеа-,. Этот вид оказался наиболее удобным для целей исследований. Широко представлен на опытных и контрольных участках, однолетник небольшого размера, удобен для опытов в теплице, дает много семян, пригоден для целей генетического анализа. Проломник северный - голарктический вид, распространен в Западном полушарии от 84^ до 32^с.ш., а в Восточном полушарии от 74^ до ЗЗ^с.ш. Ареал его расположен между изотермами ниже -36° для января и выше +25^ С для июля. Л.И.Сурина и др. (1971) отмечают большую приспособленность проломника северного к различным почвенным условиям и нетребовательность к механическому составу почв. По их данным проломник северный приурочен к условиям неустойчивого, даже засушливого водного режима. В биоценозе почти никогда не доминирует, иногда - только весной. Проломник северный -небольшое травянистое растение с прикорневой розеткой листьев и безлистными цветоносами. Высота от 5 до 35 см. Корень стержневой, длиной 5-10 см. На одном растении образуется от I до 4 цветочных стрелок, но иногда их число доходит до 30. Цветочная стрелка заканчивается простым зонтиком, несущим 5-20 цветков. Цветок проломника северного актиноморфный, пятичленный. Чашечка колокольчатая, пятигранная. Венчик белый, в зеве желтоватый, немного длиннее чашечки. Тычинок 5, тычиночные нити очень короткие, по всей длине приростают к трубочке венчика. Плод - пятичленная коробочка, лизикарпная, вскрывается дизъюнктивно. Семена темнокоричневые, многогранные, мелкие, примерно, I мм в диаметре, по 13-35 в коробочке. Одно растение дает до 3 тыс. и более семян. В зрелом семени сохраняется массивный эндосперм заполняющий почти все семя, зародыш маленький, прямой, располагается внутри в середине эндосперма. Зародыш характеризуется исключительной мелко клеточностью своих тканей. Проломник северный - мезофит, однако при недостатке влаги появляются ксероморфные признаки. В отношении жизненного цикла проломника северного в литературе нет единого мнения. Л.Н.Сурина, изучавшая биологию проломника северного (1975, 1976), относит его к озимым однолетникам - дициклическим монокарпикам, т.к. весь цикл вегетации проломника северного захватывает 2 вегетационных периода: осенне-летний первого года и весенне-летний последующего года. Другие авторы (Суров и др., 1977) характеризуют его как однолетнее, реже двулетнее розеточное растение . По нашим наблюдениям вернее второе утверждение, т.е. в одной популяции присутствуют одно-и двулетние формы. Всходы проломника северного появляются в июле. Под снег он уходит на стадии розетки. Цветение проломника северного начинается во второй половине мая. Семена созревают во второй половине июня. Такие формы мы называем однолетними. Часть семян прорастает весной, формирует розетки и в весенне-летний период растения находятся на этой стадии, но не зацветают. Под зиму уходят в стадии розетки и лишь следующей весной они зацветают и плодоносят. Эти формы мы называем двулетними. По литературным данным (Сурина, 1975) для проломника северного характерно насекомоопыление и самоопыление. Мы попытались оценить вероятность перекрестного опыления при помощи анализа белкового полиморфизма по двум полиморфным локусам: аспартатаминотрансфе-разе и лейцинаминопептидазе. Проанализировав 1488 растений из разных популяций мы не обнаружили полиморфизма, который можно было бы объяснить сегрегацией аллелей.

2.Характеристика опытных участков. Было изучено в общей сложности 15 популяций проломника северного. Из них II произрастают на опытных и 4 на контрольных необлучаемых участках. Дозы хронического облучения популяций формируются в основном за счет внесения в почву радионуклидов , произведенного свыше 20 лет назад. Величину поглощенной дозы бета-излучения измеряли термолюминистентными дозиметрами Li Р . Дозиметры представляют собой навеску в 50 мг порошка UP (ТУ-95.7046-73), герметично упакованную в пакетики размером 1,0 х 1,0 см из непрозрачной для света полиэтиленовой пленки толщиной 20мг/см2. Дозиметры градуировали, облучая их на источнике ^О&г-^У в 2 7Г геометрии. Измерения проводили на установке, описанной Б.С.Пристером и др.(1980) по методике, предложенной в работе Б.С.Пристера и др.(1979). Погрешность измерения не превышала -15%. На каждом участке устанавливали по 2 колышка. На одном колышке помещалось по 2 дозиметра на уровне почвы и на высоте 15 см от поверхности почвы. Мощности доз хронического облучения популяций представлены в следующей таблице I.

Таблица I Мощности доз облучения опытных популяций

Популяции ^Суммарная доза за 52 Мощность дозы (Гр/сутки • Ю"2 ) суток ( «КГ^Гр)

I 2 3

11,25 0,216 0,197

2 Государственная 1 10 , 2Ь СИЬЛНОТГЛА СССР им. B.njte^&V-t

Таблица I ( продолжение )

I 2 3

3 57,0 1,096

4 43,0 0,827

5 64,25 1,236 б 22,50 0,433

7 62,33 1,199

8 11,25 0,216

9 15,25 0,293

Ю 28,75 0,553

И 21,75 0,418

12 19,25 0,370

13 63,0 1,212

14 15,5 0,298 к - усредненная доза по четырем дозиметрам.

Популяции О^ и Ог? не были взяты в анализ из-за малочисленности. Все изученные популяции можно разбить на 3 основных группы в соответствии с экологическими условиями их произрастания. I группа. В эту группу входят три опытные популяции, обозначенные Oj, Og, Од и одна контрольная - Kj. Эти популяции произрастают в разреженном березовом лесу, в местах с нарушенным почвенным покровом. Фитоценоз не-сомкнутый, видовой состав его в основном составляют злаки: мятлик - Poa.Pricitefi-sls L. , вейник- Cciia->yba^rtostL9 epty&os L , коротконожка- Вra-ciujpоdium sllvati'CLttn (Нuds) А/3 . Контрольная популяция находится на расстоянии Зкм от опытных. Почвы серые лесные. П группа. В эту группу входят 4 опытные популяции- Or,, Og, О5, Oq и одна контрольная - Kg. Эти популяции произрастают на открытых возвышенных местах (выходы горных пород с различным по мощности почвенным покровом). Фитоценоз сомкнутый. Видовой состав его составляют полы-ни-/^iemUfoL, intkL ыж. L., oritic>a- L v cl. мышиный горошек -facta, сгсьееа. L,. , очиток пурпурный- S&cLum ъеипъ змееголовник Ly подорожник ланцетолистный-P^cuda^o tasu&DCoicL L . , икотник- £>cl-'uttcda, L.i лапчатка ползучая- PctentdHa, leptctsu /. , тысячелистник- ficlutfeou nufttfoFCum L. • Почвы серые лесные. Контрольная популяция удалена от опытных на 4км. Все популяции в отдельные годы довольно многочисленны. Иногда доминируют весной. В летний период растения испытывают дефицит влаги, в иные годы довольно сильный. Ш группа. Эту группу составляют популяции, обозначенные Ojq, 0jj»0j2' Ojg и Kg. Популяции этой группы заселяют места с нарушенным растительным покровом в березовом лесу. Фитоценоз несомкнутый. Видовой состав небогат, в основном злаки - мятлик, вейник, коротконожка, пырей- , осока горная- Ca&ex гчойНаним Почвы серые лесные. Контрольная популяция удалена на 10км. Поскольку эти популяции также как и популяции 1-й группы обитают в лесу, они не испытывают особого дефицита влаги в летний период. Опытные популяции всех трех экологических групп образуют популяционную систему колониального типа без обмена генами, т.е. все популяции изолированы. Контрольные популяции также изолированы друг от друга.

Помимо этих трех основных групп популяций были исследованы еще 2 популяции, экологические условия обитания которых отличаются от вышеуказанных трех типов. Контрольная популяция, обозначенная Кд,и опытная популяция О-^. Контрольная популяция Kg произрастает на открытом месте в условиях сильной конкуренции.со стороны других видов растений, входящих в ценоз. Фитоценоз сомкнутый. Видовой состав небогат, представлен в основном многолетними злаками: овсяница овечья-TzsfuccL vvin.CL L. , пырей ползучий, овсяница луговая- ^estuccL.ръа*-te.nzis lfucL$, j ежа сборная- ^iomcxcdc^L Почвы серые лесные.

Хронически облучаемая популяция Oj^ произрастает на открытом месте, экологические условия ее обитания близки к условиям обитания второй группы популяций, различия состоят лишь в почвах. Почвы - выщелоченный чернозем. Для более детального изучения влияния облучения на популяции растений, было поставлено три опыта на проломнике северном в теплице.

Первый опыт: семена растений, собранные посемейно в 1978 году, были высеяны в теплице 31 января 1979 года, также посемейно, по 25 семян из каждой семьи рендомизированным посевом в ящики с тщательно перемешанной почвой. Состав почвы: 3 части вермикулита и I часть перегноя. В этом опыте анализировали популяции разных экологических групп. Всего было проанализировано б популяций: 3 опытные (Oj-24 семьи, Og-Зб семей, 0q-30 семей) и 3 контрольные (Kg-24 семьи, Кд-36 семей, Кд-30 семей). После двух месяцев выращивания в обычной теплице растения перенесли в холодную, неотапливаемую теплицу и продолжали выращивать там при температуре +4, +5^С до цветения и плодоношения.

Второй опыт: в этом опыте анализировали популяции одной экологической группы - второй. Семена, собранные посемейно с четырех хронически облучаемых участков (О2-З8 семей, 0д-30 семей, 0^-25 семей, 0^-32 семьи) и одного контрольного - Кд-37семей, высевали в теплице рендомизированным посевом посемейно, по 36 семян в семье. Посев производили 3-4 марта 1980 года семенами урожая 1978 года. Через полтора месяца растения выносили на открытый воздух, где они содержались до цветения и плодоношения. После сбора семян растения, которые не зацвели, были оставлены в ящиках на второй год.

Третий опыт: в этом опыте посев в теплице проводили смесью семян (не по семьям). Для этого при сборе семян в поле с каждого растения собирали семена только с одного цветоноса. Посев производили в пяти, семи повторностях, по 36 семян в каждой. Семена собирали в

1980 году и сеяли 28 января 1981года, через 2 месяца содержания в теплице, после того как сформировались розетки, растения выносили на открытый воздух и содержали там до плодоношения. Во всех трех опытах учитывали выживаемость, количество цветущих растений, измеряли число и длину цветоносов каждого растения, количество и длину цветоножек с каждого цветоноса. В первом опыте помимо этого измеряли диаметр розетки через б и 10 недель после посева. Во втором опыте измеряли количественные признаки растений, которые зацвели на второй год. Кроме этого учитывали число и форму морфологически измененных растений.

Результаты обрабатывали статистически, применяя критерии Стью-дента, Фишера,X^ (Урбах, 1964), а также критерий Животовского (1982) для сравнения популяций по полиморфным признакам.

Глава Ш

Мутационный процесс в хронически облучаемых популяциях

Изучение мутационного процесса в хронически облучаемых природных популяциях связано с целым рядом очевидных трудностей. Это в первую очередь модифицируемость мутагенного действия радиационного фактора влиянием экологических условий (см. главу I), таких как изменчивость температурного режима, влажности, эдафическое. разнообразие, разнообразие микроэкологических условий обитания - солнцепек или затемнение и т.д. Все эти факторы неизбежно влияют на выход генетических изменений у организмов, обитающих в природной среде. Помимо этого на выход индуцированных ионизирующими излучениями мутаций влияют генотипические различия организмов, которые обязательно будут иметь место как внутри популяций, так и между популяциями в особенности. Далее, вновь возникающие наследственные изменения в природных условиях будут подвергаться естественному отбору. В конечном итоге должно наступить равновесие между мутагенным давлением ионизирующего излучения и давлением отбора. Этот уровень мутационного процесса доступен анализу в хронически облучаемых популяциях растений и животных. Вопросы динамики мутационного процесса, становления равновесия между давлением мутаций и давлением отбора при хроническом и остром облучении экспериментальных популяций в лабораторных условиях подробно рассмотрены в монографии^Шевченко (1979).

Целью экспериментов, результаты которых представлены в настоящей главе, явилось:

- выяснение эффективности действия малых доз ионизирующего излучения на дикорастущие травянистые растения;

- сравнение различных тест-систем по их чувствительности в отношении мутагенного действия хронического облучения малыми дозами;

- попытка выявления зависимости интенсивности мутационного процесса от мощности дозы хронического облучения в природных популяциях растений.

Объектами исследования были различные виды дикорастущих травянистых растений, произрастающие на экспериментальных участках. Контролем служили те же виды, обитающие на незагрязненных участках по возможности в сходных с экспериментальными участками экологических условиях.

В таблице 2 представлены результаты цитогенетического анализа спонтанного уровня аберраций хромосом в клетках корневой меристемы различных видов. Анализировали первый митоз клеток корневой меристемы проростков семян, собранных с контрольных и хронически облучаемых растений. Как видно из этих данных уровень аберраций хромосом у хронически облучаемых растений статистически не отличается от уровня аберраций хромосом в контрольном материале, хотя у некоторых видов наблюдается тенденция к повышению уровня спонтанного мутирования у растений из хронически облучаемых популяций*

Совершенно иная картина наблюдается при анализе аберраций хромосом в мейозе у чины гороховидной {Latk^us pissifoim-Ls L. ). Из таблицы 3 видно, что частота аберраций хромосом в анафазе I и анафазе П мейоза у растений с опытного участка выше, чем у растений с контрольного участка. Та же самая тенденция прослеживается при анализе частоты эмбриональных леталей у крупки {Ъъ^а. hemobosc^L.) и у проломника северного (frnclzojace septentiion&£is L. )(таблица 5). Из этой таблицы видно также, что среднее число семян в стручке у хронически облучаемых растений крупки меньше, чем у контрольных не-облучаемых растений, т.е. ионизирующее излучение в указанных пределах мощностей доз вызывает угнетение репродуктивной функции растений этого вида. Анализ частоты хлорофильных мутаций у растений двух вышеуказанных видов и василька шершавого ( Centauzea. sca&ioja, L.) (таблица А) подтверждает данные о генетических эффектах малых доз ионизирующих излучений.

Таблица 2 Спонтанный уровень аберраций хромосом в корневой меристеме проростков различных видов растений, обитающих в условиях хронического облучения (0) и контроля (К)

Вариан- Число Число Число Процент Мощность ты просмот . просмот. абер- аберраций Р дозы кореш- анафаз рантных (Гр/сутки) ков анафаз

I 2 3 4 5 6 7

AncLtosace septesit%iona.&s L ■

К 20 938 6 0,64 ± 0,26 0

21 694 5 0,72 ± 0,32 >0,05 0,00216

3 10 652 9 1,38 ± 0,46 >0,05 0,0096

CentautecL scci&Loscl L.

К 20 1065 5 0,47 ± 0,20 0

0 17 1577 8 0,51 - 0,18 >0,05 0,00370

Litium мйлЬуол L (УРожай 1976 года)

К 63 1417 II 0,78 ± 0,23 0

0 71 2131 9 0,42 - 0,14 >0,05 0,00370 урожай 1980 года)

К 44 1450 3 0,21 ± 0,12 0

0 31 721 5 0,69 ± 0,30 >0,05 0,00370

СгерЦ ttdotum U (УР0Ж*й 1976 года) К

12 447

7 1,57 ± 0,59 0

Таблица 2 ( продолжение )

I 2 3 4 5 6 7

0 15 547 14 2,56 - 0,67 >0,05 0,00370

IS to tecto mm L. (урожай 1978 года) к 20 648 7 1,08 ± 0,36 0

0 25 506 6 1,19 ± 0,51 >0,05 0,00370

CtepiS teetotum L - (урожай 1979 года) к 28 1076 6 0,56 ± 0,23 0

0 33 906 12 1,32 - 0,40 ^0,05 0,00370

Урожай 1979 года, просмотр 1981 год

К 42 1336 7 0,52 - 0,20 0

0 44 1343 39 2,90 ±0,46 <0,001 0,00370

Ptcuitd^p h\CL^o% L-

К 16 795 31 3,90 - 0,69 0

0 28 2436 65 2,67 ± 0,33 >0,05 0,00216

Р - уровень значимости различий с контролем.

Таблица 3 Частота аберраций хромосом в мейозе Lcithyuis pLszifcimis L ^ произрастающей на опытном (0) и контрольном (К) участках

Вариан- Число Аберрантные клетки Мощность дозы ты просмот. -клеток число % г ( Гр/сутки )

Анафаза I

К 1166 45 3,9 ± 0,6 - 0

0 1824 174 9,5 ± 0,7 Анафаза П <0,001 0,008

К 1646 41 2,5 ± 0,4 - 0

0 1061 55 5,2 ± 0,7 <0,001 0,008

Таблиц а 4

Уровень хлорофильных мутаций в хронически облучаемых . И контрольных популяциях растений

Популяции Число Хлорофильные мутации Мощность просмот. растений р дозы (Гр/сутки) число %

I 2 3 4 5 6

ЪьсиЕа. nemobosa. /. кз 5470 I 0,018 ± 0,018 - 0

7 1333 6 0,450 ± 0 ,183 < 0,001 0,00158

5 5193 2 0,039 ± 0,027 >0,05 0,00195

1368 II 0,805 ± 0 ,241 < 6,001 0,00330

4 3101 14 0,451 ± б ,120 <0,001 0,00400

3 626 3 0,479 ± 0 ,276 <0,001 0,00906 j 51 -

T а б л и ц a 4 продолжение )

I г 3 4 5 6

Atidxosace septentruoh.a£is L ■ к 6185 3 0,048 ± 0,028 - 0

2 5719 10 0,175 - 0,055 < 0,05 0,00197

4567 5 0,109 - 0,049 ^0,05 0,00216

14 I7I2 I 0,058 - 0,058 ^0,05 0,00298

6 3218 4 0,124 ± 0,062 ^0,05 0,00433

3 1891 10 0,529 ± 0,167 <0,001 0,01096

5 1427 7 0,491 ± 0,185 <0,001 0,01236

Х Centauiaa* s-c&.iioscu L-

К 1804 2 0,111 ± 0,078 - 0

1615 8 0,495 ± 0,175 <0,05 0,0047

1983 49 2,471 ± 0,349 <0,001 0,0098

Р - уровень значимости различий с контролем, х - Данные В.А.Кальченко Отсутствие мутагенного эффекта в клетках меристемы зародыша семян хронически облучаемых растений и наличие генетических эффектов малых доз радиации в мейотических клетках, по тесту эмбриональных деталей и хлорофильным мутациям можно объяснить, если проследить судьбу генетических повреждений в ряду клеточных поколений и учитывать суммарную дозу ионизирующего излучения на тот или иной орган растения. Клетки спорогенной ткани растений дифференцируются уже в зародыше и развиваются в течение всего жизненного цикла растений, получая наибольшую дозовую нагрузку при хроническом облучении. В итоге, анализируя мейотические клетки мы наблюдаем повышение частоты абер

Таблица 5

Частота эмбриональных деталей в хронически облучаемых (0) и контрольных (К) популяциях растений

Популяции Число Число Среднее число просмот. просмот. эмбрионов в растений стручков стручке 1 Р 1 ' ' Число просмотренных эмбрионов % леталей Р Мощность дозы (Гр/сутки!

Скоробочек) (коробочке) нормаль ные - летальные

I 2 3 4 5 6 7 8 9 10 bza.ia. neyyiot-ascL. ,

К1 15 59 36,4 ± 0,8 — 2178 49 2,2 ± 0,3 — 0

К3 52 157 35,9 ± 0,6 — 5627 170 3,0 ± 0,2 - 0

7 28 76 25,9 ± 0,8 <0,001 2003 215 10,7 ± 0,7 <0,001 0,00158

5 28 96 30,3 - 0,5 <0,001 2893 ИЗ 3,9 ± 0,4 <0,05 0,00195

3 35 96 29,9 ± 0,5 <0,001 2956 172 5,8 ± 0,4 <0,001 0,00906 т а о л и ц а о ( продолжение )

I 2 3 4 5 6 7 8 9 10

AncL-Losace. septentziohaii? L.

К1 17 85 24,3 + 0,3 - 1992 78 3,9 + 0,4 — 0

8 12 24 24,8 + 0,9 >0,05 596 72 12,1 + 1,3 <0,001 0,00220 к2 17 34 23,0 + 0,5 - 782 66 8,4 + 1,0 — 0

Ю 17 35 23,9 + 0,6 >•0,05 835 85 10,2 + 1,0 >0,05 0,00550 п 21 42 24,3 + 0,4 <0,05 1021 86 8,4 + 0,9 >0,05 0,00420 и11 II 23 23,3 + 0,6 >0,05 535 25 4,7 + 0,9 <0,01 0,00420 и 32 65 23,9 + 0,7 >0,05 1556 III 7,1 + 0,7 >0,05 0,00420

12 12 24 27,6 + 0,8 <0,001 663 60 9,0 + 1,1 >0,05 0,00370

13 17 35 21,9 + 0,6 >0,05 766 147 19,5 + 1,4 <0,001 0,01210 к3 17 34 25,9 + 0,8 — 879 43 4,9 + 0,7 — 0

ХКа 2 17 34 28,7 + 0,5 < 0,01 977 94 9,6 + 0,9 <0,001 0,00200 х - однолетние формы х» - двулетние формы Р - уровень значимости различий с контролем. раций хромосом в анафазе I и в анафазе П. Эмбриональные летали представляют собой, по-видимому, сборный класс генетических изменений , состоящий в основном из прошедших через сито мейоза клеток с аберрациями хромосом, вызывающими летальный эффект, 1фоме того эмбриональные летали могут быть вызваны доминантными летальными точко-выми мутациями, а также выщеплением летальных рецессивных гомозигот. Таким образом, с гибелью эмбриона пропадают для анализа семена, несущие аберрантные клетки и при анализе частоты аберраций хромосом в проростках мы имеем уже очищенную от аберраций хромосом часть семян. Формирование зародыша происходит сравнительно быстро и, поэтому накопленная доза облучения клеток зародыша мала' для того, чтобы вызвать статистически значимое повышение аберраций хромосом. При хранении семян доза за счет инкорпорированного облучения будет расти и будет вызывать повышение частоты аберраций хромосом, что мы и наблюдаем при анализе хранившихся в течение полутора лет семян Czepti teetotum, L. (таблица I).

Хлорофильные мутации - это в основном точковые мутации или микроделеции, не оказывающие в гетерозиготном состоянии заметного влияния на жизнеспособность растений, поэтому они могут сохраняться и накапливаться в популяциях в гетерозиготном состоянии, постоянно выщепляясь в гомозиготах и подвергаясь при этом действию отбора. В итоге через определенное число поколений устанавливается равновесие между давлением мутаций и давлением отбора.

По данным Уоллеса ( Wattage. , 1956) при хроническом облучении лабораторных популяций становление стационарного уровня между давлением мутаций и давлением отбора для рецессивных летальных мутаций происходило через 50-60 поколений. Достижение стационарного уровня в популяциях у самоопылителей будет происходить быстрее, чем в панмиксной популяции, поскольку у самоопылителей выщепление рецессивных гомозигот идет интенсивнее, чем в панмиксных популяциях. Рассчеты показывают, что наступление равновесного уровня частоты гетерозигот с летальным рецессивным действием у самоопылителей происходит через 10 поколений. Стабильный уровень таких гетерозигот в панмиксной популяции будет выше, чем в популяции с инбридингом. По рассчетам Ли (1978) стационарный уровень гетерозигот с рецессивным летальным действием в популяции сомоопы-лителей составляет буи , где уи - частота мутирования на гамету на поколение, в то время как в панмиксной популяции стационарный уровень достигает •

Подводя итог обсуждению представленных выше данных можно сделать следующие заключения. Исследованные уровни мощности доз вызывают повышение частоты мутаций в хронически облучаемых популяциях. Из всех использованных тест-систем наиболее чувствительными оказались: учет аберраций хромосом в мейотических клетках, учет эмбриональных деталей и анализ хлорофильных мутаций. Из таблицы 5 видно, что минимальная мощность дозы, при которой зарегистрирован мутагенный эффект на крупке, составляет 1,58 *10~^Гр/сутки. Хотя дозовую зависимость частоты мутаций от мощности дозы хронического облучения не удалось выявить, анализ представленных данных (таблицы 4,5) позволяет заключить, что генетически активная мощность дозы в наших р экспериментах составляет 0,2*10 Гр/сутки. Отсутствие четкой дозо-вой зависимости выхода мутаций от мощности дозы хронического облучения растений в природных условиях можно объяснить различиями в экологических условиях произрастания разных популяций. Для того, чтобы выявить роль мощности дозы в выходе генетических изменений были поставлены специальные опыты с модельным объектом клоном 02 традесканции. Этот клон является наиболее чувствительной тест-системой, разработанной в последние годы для проверки мутагенности загрязнения окружающей среды. Горшки с цветущими растениями традесканции были выставлены в конце июня на экспериментальные участки.

Горшки были изолированы от загрязнения радионуклидами почвы, таким образом, облучение было только за счет внешнего J> -излучения. Такая постановка опыта исключает ряд модифицирующих факторов: геноти-пические различия между тестируемыми объектами,- поскольку растения клона идентичны, факторы эдафической природы - почва во всех горшках одинакового состава и некоторые другие факторы - различие в освещенности и влажности.

Результаты этого опыта представлены в таблицах 6 и 7, и на рисунке 2. Видно, что достоверное возрастание уровня мутационного процесса наблюдается только на 6 и 7 участках (мощность дозы соответственно равна 44,1*10"^ и 181,6в10~^Гр/сутки). На больших участках получены такие же уровни мутагенеза в зависимости от мощности дозы (табл. 6). Лишь на участке с мощностью дозы 8,06*10~^Гр/сут-ки наблюдается увеличение уровня мутагенеза по сравнению с контрольным участком-I. При меньших мощностях доз не выявлено достоверных различий между обследуемыми участками. В работе Мерикла с соавторами ~Ш972) удалось зарегистрировать эффекты меньших мощностей доз. Это можно объяснить тем, что уровень мутаций в контроле у этих авторов был значительно ниже, чем в наших экспериментах, а уровень естественного мутагенеза определяет разрешающую способность тест-системы (Шевченко и др., 1978).

На рис.2 в логарифмическом масштабе представлена зависимость уровня мутагенеза от мощности дозы облучения. Видно, что результаты опытов на больших и малых участках сходны и могут быть объединены для построения общей дозовой зависимости. Рассмотрение материалов экспериментов позволяет придти к определенным заключениям. Из представленных результатов следует, что при мощностях доз от 1,0*10"^ до 1,0*10"^Гр/сутки получены в среднем практически одинаковые уровни мутагенеза (около 0,25$). В лабораторном контроле к обсуждаемому эксперименту частота спонтанных мутаций составляла

Таблица ь

Зависимость выхода мутаций в ВТН традесканции от мощности дозы пролонгированного облучения (большие участки) мутантных кле- Достоверность ток и клонов различия с контролем ( Р )

I 0,50 0,015 I5I77 35 0,231 ± 0,039

2 1,07 0,032 I5I29 30 0,198 ± 0,036 0,05

3 3,78 0,113 14495 34 0,235 ± 0,040 0,05

4 0,97 0,0291 14942 22 0,147 ± 0,031 0,05

5 1,08 0,0324 24841 77 0,310 ± 0,035 0,05

6 8,06 0,298 12709 47 0,370 ± 0,054 0,05

Вариант Мощность дозы Доза Количество Количество

Гй/сутки-Ю"3 (Гй) подсчитанных розовых муволосков тантных за 30 дней клеток и клонов

Таблица 7

Зависимость выхода мутаций в ВТН традесканции от мощности дозы пролонгированного облучения (маленькие участки)

Вариант Мощность дозы Доза Количество Количество ро- % мутантных Достоверность

Гр/сутки* Ю~3 (Гр) подсчитан- зовых мутант- клеток и различия с за 30 ных волос- ных клеток и клонов контролем дней ков клонов (Р)

I 0,14 0,0042 19966 68 0,341 + 0,041 —

2 0,22 0,0066 15350 38 0,248 + 0,040 > 0,05

3 0,78 0,023 16014 53 0,331 + 0,045 >0,05

4 0,94 0,028 14476 57 0,394 + 0,052 >0,05

5 6,42 0,192 I689I 67 0,397 + 0,048 >0,05

6 44,1 1,32 13586 96 0,707 + 0,072 <0,01

7 181,6 5,45 16039 416 2,594 + 0,126 <0,001 около 0,06%. Достаточно высокий уровень мутагенеза в природной среде по сравнению с лабораторным контролем, наблюдаемый нами в интерл р вале мощностей доз 1,0*10 - 1,0*10 Гр/сутки дает основание предположить, что он обусловлен скорее всего факторами природной среды-суточными колебаниями температур, влажности, солнечной инсоляции.

Второй вывод можно сделать относительно уровня хронического облучения, вызывающих достоверное увеличение числа мутаций. Можно полагать, что рост мутагенеза мы можем ожидать в диапазоне мощностей доз 0,008-0,04Гр/сутки (рис.2). Ранее сообщалось, что минимальная мощность дозы при которой наблюдается достоверное возрастание числа мутаций у этого объекта, равна 0,008Гр/сутки при действии гамма-излучения ( Зр&гюи/ oJL. , 1971). В наших опытах с хроническим внешним бета-излучением получен такой же порог чувствительности объекта, какой выявлен ранее Сперроу с соавторами для хронического гамма-излучения. Полученные нами данные подтвердили заключение о высокой генетической чувствительности традесканции клона 02. Вместе с тем результаты наших экспериментов с популяциями дикорастущих травянистых растений свидетельствуют о том, что при тех мощностях доз, при которых с использованием традесканции не удалось выявить индуцированные генетические эффекты, в природных популяциях растений наблюдаются эффекты по целому ряду критериев: аберрации хромосом в мейозе, хлорофильные мутации, эмбриональные летали. Следует отметить однако, что материалы, полученные на традесканции, трудно сопоставлять с объектами природных сообществ по соотношениям продолжительности воздействия радиационного фактора. Традесканция подвергалась воздействию ионизирующих излучений в течение 30 дней, популяции же дикорастущих растений - в течение около 20 лет. Кроме того, популяции дикорастущих травянистых растений подвергаются воздействию как внешнего, так и внутреннего облучения, в то время как на традесканцию действовало лишь внешнее облучение. Тем не менее сравнительный анализ общей радиочувствительности традесканции и объектов природных сообществ (CentoMteo. jca&osa. LAndbos&ce QeptenttLonatlb L v Сгври tecto-ъим. L, и др.) позволяет заключить, что для целей мониторинга загрязнения окружающей среды наряду со стандартными чувствительными тест-системами успешно могут быть использованы также природные тест-объекты.

Заключение Диссертация по теме "Генетика", Абрамов, Владимир Ильич

- 124 -ВЫВОДЫ

1. В результате проведенных исследований показано, что хроническое действие ионизирующих излучений в изученных интервалах мощностей доз (0,002 - 0,012Гр/сутки) на популяции дикорастущих травянистых растений приводит к повышению уровня мутационного процесса в этих популяциях.

2. На модельном объекте традесканция клон 02 прослежена зависимость выхода генетических изменений от мощности дозы хронического облучения.

3. Сравнение различных тестов позволило выявить наиболее чувствительные к действию хронического облучения: уровень хлорофильных мутаций, частота аберраций хромосом в мейозе, частота эмбриональных леталей.

4. Показано, что несмотря на снижение уровня загрязнения на опытных участках, которое произошло с момента первых исследований, на этих участках радиоустойчивость растений с опытных участков остается выше, чем радиоустойчивость растений с контрольных участков.

5. Полевые исследования и опыты в теплице показали, что частота морфозов в опытных популяциях не отличается от таковых в контрольных популяциях.

6. Изучение количественных признаков проломника северного /\пс1гозсис.е, septentzioпL . ) в полевых условиях и в тепличных опытах показало отсутствие закономерного повышения дисперсий количественных признаков в хронически облучаемых популяциях по сравнению с контрольными популяциями.

7. Полевые наблюдения, а также опыты в теплице привели нас к выводу о том, что популяции проломника северного состоят из двух экоэлементов: одно-и двулетних форм. Показано, что эти формы различаются не только продолжительностью вегетационного периода, но и рядом морфологических признаков, а также мутабильностью.

8. Анализ соотношения одно-и двулетних форм в популяциях проломника северного с опытных и контрольных участков показал, что в опытных популяциях это соотношение сдвинуто в сторону увеличения числа двулетних форм по сравнению с контрольными популяциями.

9. Изучение сравнительной радиоустойчивости одно-и двулетних форм выявило большую радиорезистентность двулетних форм по сравнению с однолетними. Наличие корреляции между уровнем загрязнения и частотой двулетних форм в популяциях указывает на то, что повышенная радиоустойчивость растений с опытных участков определяется большей долей двулетних форм в популяциях, по сравнению с контрольными.

10. Показано, что ионизирующие излучения являются не только мутагенным фактором, но и новым экологическим фактором, имеющим определенный вектор отбора, причем сила давления отбора этого фактора при достаточно высокой мощности дозы соизмерима с давлением отбора обычных, постоянно или периодически действующих экологических факторов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании результатов проведенных экспериментов и анализа литературных данных видно, что повышение уровня радиоактивности в окружающей среде приводит к усилению интенсивности мутационного процесса в хронически облучаемых популяциях. Регистрируемый уровень мутационного процесса различен у различных видов живых организмов. Он определяется целым рядом факторов. Как показал Сперроу и др. ( S/эо.гго\</ && оЛ.^ 1967) частота мутаций, индуцированных ионизирующими излучениями, зависит от объема ядра в интерфазе, размера и числа хромосом. Те же ( 5f> a^^oi*/ 9 1973) и другие Wooalu/еве, 1963; МоосСк/ьвС, Ostlng f 1955) авторы показали, что при облучении естественных биоценозов радиочувствительность растений, входящих в эти биоценозы, оказались выше, чем та, которая ожидалась, исходя из объема ядра и числа хромосом. По-видимому, верен вывод о том, что радиочувствительность организмов в природных условиях зависит также от постоянных экологических факторов. Эти выводы были подтверждены другими исследованиями (Ta^t/es 1972; Ме^с-Ре. etcJZ,, 1976).

При хроническом действии повышенного фона ионизирующих излучений в течение нескольких поколений на уровень мутаций, регистрируемых в облучаемых популяциях, будет действовать, очевидно, целый ряд дополнительных факторов. Помимо радиочувствительности, определяемой внутренними (объем ядра, число хромосом) и внешними экологическими факторами, уровень мутагенеза в этом случае зависит также от скорости смены поколений и системы воспроизведения организмов. Поскольку при хроническом действии ионизирующих излучений в облучаемых популяциях регистрируется уровень равновесия между частотой индуцируемых мутаций и давлением отбора против них, то совершенно ясно, что этот уровень будет зависеть также от селективной ценности индуцированных мутаций. Этот уровень равновесия достигается быстрее у организмов с большей скоростью смены поколений. Как уже упоминалось (глава Ш) равновесный уровень мутаций вше у организмов с панмиксией, чем у автогамных организмов. Это видно при сравнении частоты хлорофильных мутаций у перекрестно-опыляющегося вида

СеМсьиг&с^ saxiiosa. t. и у самоопылителя* Ptndrwsc^ce jeptesitziottalisl.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Абрамов, Владимир Ильич, Москва

1. Грант В. Видообразование у растений. М., Мир, 1984, 528. Груздев Б.И. Сравнительная радиочувствительность семян растений в хронически облучаемых природных фитоценозах. Бюлл.радиобиологии, 1977, 20, I17-120.

2. Дубинин Н.П., Ромашов Д.Д. Генетическая структура вида и его эволюция. Биол.журн., 1938, I, 5-6.

3. Дубинин Н.П. Молекулярная генетика и действие излучений на наследственность. М., Атомиздат, 1963, 240.

4. Ильенко А.И. Влияние загрязнения участка местности стронцием-90 на изменчивость в популяции мелких млекопитающих.Зоолог.журн.,1968, 57,9,90-97.

5. Ильина Г.В., Кузнецова Н.Н. Влияние хронического гамма-облучения на обмен веществ и продуктивность растений.Вестник Моск.ун-та, биология, почвоведение, 1974,1,100-107.

6. Кальченко В.А., Шевченко В.А., Абрамов В.И., Чережанова Л.В. Изучение радиорезистентности хронически облучаемых природных популяций растений. Радиобиология.Инф.бюлл. Научн.Оов.АН СССР по проблеме ра-диобиол.М.,Наука,1976,19,98-101.

7. Кальченко В.А., Шевченко В.А., Иофа Э.Л. Изучение радиорезистентности хронически облучаемой популяции ячменя. Инф.бюлл.Научн.Сов. АН СССР по пробл.радиобиол.,1977,20,115-117.

8. Корогодин В.И. Роль фактора плоидности в лучевом поражении клеток и некоторые генетические эффекты облучения.Тр.М0ИП,1963,8,181-188. Корогодин В.И. Проблемы пострадиационного восстановления.М.,Атом-издат,1966,228.

9. Криволуцкий Д.А., Друк А.Я., Семенова Л.М., Семушкина Т.М., Михаль-цова З.А. Влияние повышенного содержания в почве радия на почвенную фауну.Докл.АН СССР,1972,2,540-543.

10. Криволуцкий Д.А., Смуров А.В., Снетков М.А. Влияние радиоактивногозагрязнения почвы стронцием-90 на изменчивость некоторых организмов. Журн.общ.биол.,1972,33,5,587-591.

11. Криволуцкий Д.А., Овчаренко В.И., Турчанинова В.А. Влияние повышенного содержания в почве естественных радиоактивных элементов урана и радия на почвенную фауну. В кн.:Проблемы почвенной зоологии.Матер. Всесоюзн.Совещ.,Вильнюс,1975,89-190.

12. Кузин A.M. Биологические последствия повышения концентрации С^ в атмосфере. В кн.Радиационная генетика.М.,Изд-во АН СССР,1962,274-278.

13. Лучник Н.В., Порядкова Н.А., Царапкин Л.С., Тимофеев-Ресовский Н.В. О механизме восстановления радиационных поражений на клеточном уровне. В кн.:Восстановительные процессы при радиационных поражениях. М.Дтомиздат,1964,5-14.

14. Марьюшкин В.Ф., Сафин М.К. Индуцированная мутационная изменчивость некоторых количественных признаков и видимых мутаций у озимой пшеницы.3-й Съезд Всесоюзн.Об-ва генетиков и селекционеров им.Н.И.Вавилова .Л.,1977,328-329.

15. Маслова К.И., Маслов В.И., Тестов В.В. 0 воспроизводительной способности мышевидных грызунов, обитающих в различных радиоэкологических условиях. В кн.:Вопросы радиоэкологии наземных биогеоценозов .Сыктывкар,1974,

16. Маслов В.И. Хроническое действие факторов повышенной естественной радиоактивности на динамику численности и структуру популяций животных в природных условиях. П-я Радиобиолог.конф.соц.стран,Варна, 1978,183-184.

17. Милишников А.Н., Новикова Т.А. Генетические особенности хронически облученных популяций серебряного карася. Информ.бюлл.Научн.Совета по пробл.радиобиол. АН СССР,1977,20,II6-III.

18. Монастырский О.Н. Исследования радиочувствительности животных из районов с нормальным и повышенным естественным фоном ионизирующей радиации. Автореф.канд.дисс.Новосибирск,1968.

19. Нижников А.И., Троицкая М.Н., Рамзаев П.В., Ермолаева А.П., Теплых JI.A., Щубик В.М. 0 действии малых доз на северных оленей. В кн.: 1-я Всесоюзн.конф. по с/х радиологии.Обнинск,1979,Тез.докл.,М., ВНИИс/х радиологии,1979,171-172.

20. Осипова Р.Г., Шевченко В.А. Использование традесканции (клоны 02 и 4430) в исследованиях по радиационному и химическому мутагенезу. Журн.общ.биол.,1984,65,2,226-232.

21. Печкуренков B.JI., Покровская Г.Л. Выход хромосомных перестроек у рыб, развивающихся в растворах стронция-90 и трития-90 разной активности. Инф.бюлл.Научн.Совета по пробл.радиобиологии АН СССР, 1977,20,73-74.

22. Попова О.Н., Таскаев А.И., Никифоров B.C. Мейоз в пыльниках Я'сг'о. j-alcL на участках с повышенной естественной радиоактивностью. В кн.: Матер.Всесоюзн.симп.Теоретические и практические аспекты действиямалых доз ионизирующей радиации.,1973,79.

23. Попова О.Н., Таскаев А.И., Никифоров B.C. Анализ мейотических аномалий для оценки чувствительности растений к изменению природного фона радиации. В кн.:Вопросы радиоэкологии наземных биогеоценозов, Сыктывкар,1974,40-48.

24. Попова О.Н., Торлопова В.И. Изучение возможностей мутагенного действия повышенного фона радиации на растения. Инф.бюлл.радиобиологии, 1977,20,120-122.

25. Попова О.Н., Шершунова В.И. Частота wclxij, -мутаций в пыльцевых зернах ячменя, выращиваемого в условиях хронического облучения малыми дозами. Генетика,1981,17,7,1229-1233.

26. Пристер B.C., Шейн Г.П. Метод измерения поглощенных доз в объектах внешней среды термолюминистентными дозиметрами Li7 .Труды ИПГ, вып.38.,М.,Гидрометиоиздат,1979,130-135.

27. Пристер Б.С., Шейн Г.П. Блок для измерения высвечивания термолюми-нисцентных дозиметров.ПТЭ,1980,6,35-36.

28. Раутенбах Ю.О., Монастырский О.А. Исследование адаптации животных к повышенному фону радиации. В кн.:Влияние ионизирующих излучений на наследственность.М.,Наука,1966,165-176.

29. Рашаль И.Д. Влияние гамма-излучений на изменчивость количественных признаков арабидопсиса. Биол.основы рационального использования животного и растительного мира.Тез.докл.конф.молодых ученых-биологов, Рига,1978,149-150.

30. Розанова М.А. Экспериментальная систематика растений и ее задачи. Ученые записки Ленинградского ун-та,сер.биол.,1935,1,2,135-148.

31. Розанова М.А. О генотипическом различии рас fcuiiu caeriu? Докл.АН СССР,1940,27,б,587-590.

32. Розанова М.А. 0 биологической изоляции и скрытых видах.Ботан.журн. СССР,1940,25,4/5,304-309.

33. Розанова М.А. Задачи внутривидовой систематики. Анализ внешней и внутренней структур некоторых сложных видов высших растений. Журн. общ.биол.,1946,7/4/,285-296.

34. Розанова М.А. Вид как экологическая проблема./На примере высших растений/. Успехи совр.биол.,1947,23,69-86.

35. Саляев Х.А. Частота хромосомных аберраций в клетках костного мозга полевок-экономок, обитающих на участках с нормальным и повышенным фоном естественной радиации. В кн.:Вопросы радиоэкологии наземных биогеоценозов.,Сыктывкар,1974,120-135.

36. Синская Е.Н. Селекция кормовых трав.В кн.Теоретические основы селекции растений,М. ,J1. ,1935,т.2,587.

37. Синская Е.Н. Проблемы популяций у высших растений.Успехи совр,биол. 1939,10,3,446-470.

38. Синская Е.Н. Динамика вида.М.,Л.,1948,527.

39. Синская Е.Н. Проблема популяций у высших растений.Вестник Ленинградского ун-та,сер.биол.,1958,вып.2,9,52-61.

40. Синская Е.Н., Борковская В.А. К методике анализа растительных популяций .Бюлл.М0ИП,I960,65,о тд.биол.,вып.1,77-89.

41. Синская Е.Н. О категориях и закономерностях изменчивости в популяциях высших растений. Проблема популяций у высших растений.Труды ВИР,Л.,1963,2,3-124.

42. Сурина Л.Н., Агарков В.А., Пушкарь В.Г., Плеханов Л.С. Распространение и некоторые фармакологические свойства проломника северного. Растит.ресурсы,1971,7,3,410-411.

43. Суров Ю.П., Пирожкова Н.М., Краснов Е.А., Сурина Л.Н. Экология и ценотическая приуроченность некоторых сибирских видов ,содержащих физиологически активные вещества.Растит.ресурсы,1977, 13,3,473-478.

44. Чережанова J1.В., Алексахин P.M., Смирнов Е.Г. О цитогенетической адаптации растений при хроническом воздействии ионизирующей радиации.Генетика, 1971,7,4,30-37.

45. Шеханова И.А., Пешков С.П., Мунтян С.П., Ермохин В.Я. Биологическая характеристика хронически облучаемой популяции сибирской плот-вы.Труды ВНИРО,1978,134,105-121.

46. Bateman A.Y. Induction of poligenic mutations in rice. Intern. J. Rad. Biol., 1959,2,425-427.

47. Brezani P., Kalina L. Cytogenetic and genetic effects of continuous irradiation at a low exposure rate. Folia biol.;1980,26,5, 298-303.

48. Clausen J. Studies on the collective species Viola tricolor. ZI. Bot Tidskr,,1921,37,206-221.

49. Clausen J. Studies on the collective species Viola tricolar. Bot. Tidskr.,1922,37,362-416.

50. Clausen J. Genecology and Breeding Genet. Agr., 1969,23, Fasc. 1-4, 405-424.

51. Clausen J., Hiesey W. M. The balance between coherence and variation in evolution. Proc. of the Nat. Acad, of Sciences USA, 1960, 46,4,494-506.

52. Conger A.D., Stevenson H.Q. A correlation of seeding height and chromosomal damage in irradiated barley seeds. Radiation Botany, 1969,9,1-14.

53. Cordero R.E. The effects of acute and chronic gamma-irradiation on Lupinus albus L. Ill Chronic effects. Environmental and Exper. Bot. 1982, 22,3,359-372.

54. Cordeirp A.R., Marques E.K., Veiga-neto A.J. Radioresistence of a natural population of Drosophila wilistoni living in a radioactive environment. Mutat. Res., 1973,19,3,325-329.

55. Delpoux M., Leonard. A., Darebro^ux M. La radio-activete naturella dans le Sud. Ouest de la France et ses effects biologignes. Consensus, 1979,3-4,133-142.

56. Dobzhansky Ph. How do the genetics loags effect the fittness of their carriers in Drosophila populations. Amer. Nat., 1964,98,151166.

57. Domini B. Effects of chronic gamma-irradiation on Pinus pinea and

58. Pinus halepensis. Rad. Bot. 1967,7,3,183-193»

59. Doniti B.S., Hugnorra G.I., and D'Araato P. Genetic effects ofchronic gamma-irradiation in Durum wheat. Radiat. Bot. 1968,8,1,49.58.

60. Dunaway P.В., Kaye S.V. Effects of ionising radiation on mammal populations on the White Oak Lake Bed. In: Radioecology. New York Reinhold Publ., Corp.; Washington. Amer. Inst. Biol. Sci., 1963, 333-338.

61. Etsuo A., Yasuo U. Dose response of maize strains to chronic gamma-ray irradiation Annu. Rept.Nat.Inst.Genet.Jap., 1978(1979),29, 68-69.

62. Pabries M., Grauby A., Trochain J.L. Study of Mediterranean type phytocenose Subjected to chronic gamma radiation. Radiation Botany, 1972ч12,125-135.

63. Pabries M., Delpoux M. Genetic effects of low and very low chronic doses of gamma irradiation on the ^/d,, > system of tobacco. Mutat. Res., 1978,49,3,377-382.

64. Paure P., Delpoux M., Dalebroux M.A. Genetic effects of low chro-nict doses of ^-irradiation on the waxy locus of barley. Mut. Res., 1981,81,59-62.

65. Pranch N.R., Mara B.G., Hill H.O., Aschwanden A.P., Koar H.W. A population study of irradiated besert rodents. Econ. Monogr., 1974,44,1,44-72.

66. Gregor J.W., Sansome P.M. Experiments on the genetics of wild populations. I. Grasses. J. Genet., 1927,17,349-364. Gregor J.W. Experiments on the genetics of wild populations. I. Plantago maritima. J. Genet. 1930,32,15-25.

67. Gregor J.W. Experimental delimitation of species. New phytologist., 1931,30,2,204-217.

68. Karma О.P. Somatic and genetic effects of incorporated strontium-90 and cesium-137 on Arabidopsis thaliana Can.J.Bot., 1974,52,1» 27-34.

69. Kimura II., Haruyama Т., Crow J.P. The mutation load in small populations. Genetics, 1963,48,1303-1312.

70. Marsden E. Radioactivity of soils, plants and bones. Nature, 1960, 187,4733,192-195

71. Mericle L.W., Mericle R.P. Reassesing the biological role of background terrestrial radiation as a constituent of the natural invironraent Health Physics, 1965,11,1607-1620.

72. Mericle R.P., Mericle L.W., Nuner B. Environmental modulation of somatic mutations. In: Biolog. and Environmental effects of Low-level radiation. 1976,1,31-38.

73. Mewissen D.Y., Damblon J., Bacq Z.M. Comparative sensitivity to radiation of seeds from wild plant grown on Uraniferous and Non-Uraniferous soils. Nature, 1959,183,4673,1449.

74. Miksche J.P., Sparrow A.H. and Rogers A.P. The effects of chronic gamma irradiation on the apical meristem and bud formation of Ta-xus media. Rad. Bot., 1962,2,125-131.

75. Piatt R.B. Radiation effects on plant population and communities: research status and potential. Health Physics, 1965,11,12,1601. Purdom C.W., Woodhead D.S. Radiation damage in fish. Genet., and Mutagenes Pish. Berlin e.a., 1973,67-73.

76. Read J. Radiation Biology of Vicia faba in Relation to the General Problem. Blackwell. Oxford. 1959.

77. Rechel E.A., Campbell W.P. The effects of radiation from uranium mill tailings on Tradescantia. "Great Basin Natur"., 1978, 38,4,456-462.

78. Reinholz E. Weiter Untersuchungen zur Induktion von keimblatt-veranderungen durch Rontgenstrahlen. Experientia, 1954,10,12, 486-488.

79. Richard E.M., MacShane M. Colleen. Nuclear waste ponds and streams on the Hanford site: an ecological search for radiation effects. Health. Phys., 1980,38,5,787-809

80. Sarosiek J., Iv/en Irena. Radioecology of Picea exeelsa (L) Lam. Acta Soc. Bot. Pol., 1976,45,1-2,59-68.

81. Sax K. and Schairer L.A. The effect of chronic gamma irradiation on apical dominance of trees. Rad. Bot., 1963,3,3,283-285. Sax K. The stimulation of plant growth by ionizing radiation. Rad. Bot., 1963,3,3,179-186.

82. Sparrow A.H., Underbrink A.G., . Sparrow R.C. Chromosomes and cellular radiosensitivity. I. the relationship of Do to chromosome volume and complexity in 79 different organisms. Radiat. Res., 1967,32,915.

83. Sparrow Л.H., Schwenaner S.S., Bottino P.J. Influence of dose, environmental conditions and nuclear volume on survival times in several gamma irradiated plant species. Int. J. Radiat. Biol., 1973,24,4,377-388.

84. Stein O.L., and Sparrow A.H. The effects of chronic gamma irradiation on the growth of Kalanho'ejcit "Brilliant star". Rad. Bot. 1963, 3,207-222.

85. Stone W., and Wilson P. Genetic studies of irradiated natural populations of Drosophila. II. 1957 tests. Proc. Hat. Acad. Sci. (USA), 1958, 44, 565-575.

86. Turesson G. The species and the variety as ecological units. He-reditas, 1922a,3,100-113

87. Turesson G. The genotypical response of the plant species to the habitat. Hereditas, 1922b, 3,211-348.

88. Van Valen L., Weiss R. Selection in natural population V. Indian rats (Rattus rattus) Genet. Res. 1966,8,3,261-267.

89. Van't Hof J. and Sparrow A.H. Growth inhibitian, mitotic cycle time and cell number in chronically irradiation root meristems of Pisum. Rad. Bot. 1963,3,3,239-247.

90. Wallece B. Studies on irradiation populations of Drosophila melanogaster. J. Genet. 1956,54,280-293.

91. Walther H., Seibold K.H. Die verwendbarbeit indusierten klein-mutationen imvergleich zu kreuzungsnachkommenschaften bei quantitativ vererbten Merkmalen der sommergerste. Z. Pflanzenziicht 1978,80,3,230-240.

92. WoodwellvM. Design of the Brookhaven experiment on the effects of ionizing radiation on a terrestrial ecosystem. Rad. Bot., 1963,3,2,125-133.

93. Woodhead D.S. The effects of chronic irradiation on the breeding performance of the guppy (Poecilia reticulata, osteichthyes teleostei) Int. J. Radiat. Biol.,1977,32,1-22.