Действие ионизирующих излучений на растения. Радиоактивность

Радиоактивные вещества поступают в растения двумя основными путями: загрязнения растений радиоактивными веществами, которые оседают из атмосферы непосредственно на растения и усвоения растениями радионуклидов из почвы. В вегетационный период загрязнения растений радионуклидами может происходить одновременно двумя путями.

Загрязнение сельскохозяйственных растений внекорневой путем поступления обусловливается природой радиоизотопов, условиями внешней среды, физико-химическими свойствами радиоактивных веществ и б биологическими свойствами росли.

Уровни радиоактивного загрязнения растений зависят от концентрации радионуклидов в атмосфере и интенсивности их оседания. Значительную роль играет дисперсность радиоактивных веществ, чем крупные частицы, т тем меньше их задерживается на растениях на степень фиксации растениями радионуклидов влияют химические свойства. У растения проникают наиболее подвижные радионуклиды, в первую очередь йод и цезийзій.

На степень радиоактивного загрязнения растений влияют морфологические особенности. Задержка растениями радиоактивных веществ увеличивается с ростом и развитием вегетативной массы, с горизонтальным размещен нням листьев и стеблей, наличием складок, морщинистости, опушености и смолистых отложенияхь.

На уровне радиоактивного загрязнения существенно влияют условия внешней среды. Повышенная влажность воздуха увеличивает степень задержания на растениях радиоактивных веществ, и наоборот, сильный дождь змы ивае их с рослин.

Уменьшение загрязнения растений радионуклидами со временем уменьшается благодаря действию всех факторов внешней среды: смыванию дождем, сдувания ветром, отряхивания животными, опадение с отмершим старым л листья.

Облучение растений происходит радиоактивными веществами, находящимися на растениях и на поверхности почвы

Радиационное поражение растений в основном происходит вследствие бета-излучения. Бета-лучи сильнее поглощаются органами растений: листьями, стеблями, точками роста, генеративными органами и семенами

В общей поглощенной растениями дозе излучения доля бета-излучения может в 10-15 раз превышать долю гамма-излучения в зависимости от вида и высоты растений, т.е. доза облучения, как ку получает, растение в 10-15 раз выше экспозиционной дозы гамма-излучения с дозиметрическими приборам.

При поражении радиоактивными веществами растений весной и летом в момент их активного роста содержание радионуклидов оказывается наиболее высоким в вегетативных органах - листьях и стеблях растений. Зерно забрю уднюеться меньше и неодинаково у разных культур и сортов: больше в колосовых за счет непосредственного попадания на них радиоактивных веществ, меньше - в бобовых и кукурузыи.

Лучевое поражение у растений проявляется в торможении и задержке роста, снижении урожайности, уменьшении репродуктивных свойств семян, клубней и корнеплодов. Снижаются пищевые качества урожая. Тяжелое е поражение приводит к полной остановке роста и гибели растений через несколько дней или недель после облученияня.

Облучение растений может быть внешним, внутренним и смешанным. При внешнем облучении растений бета-частицы равномерно облучают все органы. Внутреннее облучение растений происходит тогда, когда ра адиоактивни вещества попадают в растения через корневую систему и письмотя.

Наличие источников внешнего и внутреннего излучения дает смешанное облучение

Степень радиационного поражения (от едва заметного подавления роста к полной потере урожая и даже гибели всех растений) зависит в основном от следующих факторов: полученной дозы облучения и радиочу утливости растений при облучении.

Радиочувствительность растений количественно характеризуется величиной дозы, которая вызывает определенный эффект - угнетение роста, снижение урожайности, частичную или полную гибель. Различные сельскохозяйственные культуры г имеют различную радиочувствительность. В табл 19 приведены летальные дозы облучения сельскохозяйственных культур. Радиочувствительность растений значительно зависит от их фазы развития растения, которые формируют наземные пло ди, наиболее чувствительны к облучению в фазе закладки и формирования репродуктивных органеганів.

Таблица 19. Летальные дозы однократного облучения растений в фазе вегетации

Так, пшеница, рожь, ячмень и другие злаковые культуры наиболее чувствительны в фазе выхода в трубку (табл. 20), кукуруза - в фазе выбрасывания метелки, гречка, бобовые и семенники двухлетних культур - в ранней фаз с бутонизации, картофель и корнеплоды - в фазе проростковв.

Качество семян больше снижается при облучении в фазе колошения у зерновых и цветения - в бобовых. В овощных культур семенники наиболее радиочувствительны в фазе начала бутонизации

Таблица 20. Возможные потери урожая зерна озимой пшеницы, ржи и ячменя в зависимости от суммарной экспозиционной дозы облучения и фаз развития растений в момент выпадения радиоактивных веществ,%

Радиоактивные осадки, оседая на растения, не только поражают их, но и загрязняют урожай. Загрязненность урожая радиоактивными веществами зависит от следующих факторов: плотности осадка радиоактивных ве овин; первичного задержания радиоактивных осадков в момент их выпадения на поверхности растений, зависит от вида растений, размеров и растворимости частиц осадков; потерь радиоактивных частиц с заб руднених растений, которые обусловлены смыванием частиц из растений дождями, встряхиванием ветром, опадением отмерших загрязненных частей рослин.

Различают прямое и косвенное действие радиации на живые организмы. Прямое действие энергии излучения на молекулу переводит ее в возбужденное или ионизированное состояние. Особенно опасны повреждения структуры ДНК: разрывы связей сахар-фосфат, дезаминирование азотистых оснований, образование димеров пиримидиновых оснований. Косвенное действие радиации состоит в повреждениях молекул, мембран, органоидов клеток, вызываемых продуктами радиолиза воды. Заряженная частица излучения, взаимодействуя с молекулой воды, вызывает ее ионизацию. Ионы воды за время жизни 10 -15 - 10 -10 сек способны образовать химически активные свободные радикалы и пероксиды. Эти сильные окислители за время жизни 10 -6 - 10 -5 сек могут повредить нуклеиновые кислоты, белки-ферменты, липиды мембран. Первоначальные повреждения усиливаются при накоплении ошибок в процессах репликации ДНК, синтеза РНК и белков.

Устойчивость растений к действию радиации определяется следующими факторами:

• 1. Постоянное присутствие ферментных систем репарации ДНК. Они отыскивают поврежденный участок, разрушают его и восстанавливают целостность молекулы ДНК.
• 2. Наличие в клетках веществ - радиопротекторов (сульфгидрильные соединения, аскорбиновая кислота, каталаза, пероксидаза, полифенолоксидаза). Они ликвидируют свободные радикалы и пероксиды, возникающие при облучении.
• 3. Восстановление на уровне организма обеспечивается у растений: а) неоднородностью популяции делящихся клеток меристем, которые содержат клетки на разных фазах митотического цикла с неодинаковой радиоустойчивостью; б) присутствием в апикальных меристемах покоящихся клеток, которые приступают к делению при остановке деления клеток основной меристемы; в) наличием спящих почек, которые после гибели апикальных меристем начинают активно функционировать и восстанавливают повреждение.

Жизнь на земле зарождалась, развивалась и продолжает развиваться в радиационной среде. Естественный отбор в растительном мире сопровождался совершенствованием микро- и макроструктур, изменением генома и радиочувствительности. Высокая радиоустойчивость часто связана с высокой общей устойчивостью растений к неблагоприятным условиям внешней среды, потому что приспособление видов к различным условиям могли совпадать с повышенной радиоустойчивостью. Причины и механизмы естественной радиочувствительности растений к настоящему времени не раскрыты, однако многие аспекты хорошо изучены.

На радиочувствительность растений оказывают влияние следующие факторы, которые разделяются на три группы.

Первая группа - факторы, связанные с филогенезом, которые нельзя изменить (семейство, класс, вид, морфология, плоидность, объем ядра, объем хромосом и др.). Четкой связи между филогенезом и радиоустойчивостью у растений не выявлено, однако, у семян эта связь четкая, она проявляется даже в пределах вида. Известно, что голосеменные растения более радиочувствительны, чем покрытосеменные. Папоротники и мхи превышают радиоустойчивость цветковых растений. Радиочувствительность различается по семействам, видам, родам и сортам. Среди цветковых растений к радиочувствительным относят растения семейств магнолиевоцветных, лавроцветных, лилейноцветных, ирисовых, камнеломковых и бобовых, а к радиоустойчивым - растения семейств крапивных, крестоцветных, гераниевых, гвоздикоцветных. Выделяют также среднерадиочувствительные растения (семейства гречихоцветных, миртовых, макоцветных) и полиморфные (семейства мятликовых, астроцветных и норичниковых). Установлено, что критические дозы облучения семян на порядок выше, чем вегетирующих растений. Растения сельскохозяйственных культур по радиочувствительности различаются в 2-10 раз, видовое различие составляет 1,5-15 раз, сортовое различие - 1,5-3 раза. Среди сельскохозяйственных культур выявлены высокорадиочувствительные культуры, для которых полулетальная доза (ЛД 50) составляет 10-40 Гр. В семействе злаковых к таким культурам относят ячмень, рожь, овес, пшеницу, кукурузу, а в семействе бобовых - горох, вику и фасоль. К высокорадиоустойчивым культурам относят рапс, кормовую, сахарную и столовую свеклу, морковь и капусту (ЛД 50 = 200…250 Гр), а также картофель и лен (ЛД 50 = 100…150 Гр). Другие культуры занимают промежуточное положение. У гибридов пшеницы, ячменя, кукурузы и шпината выявлена повышенная радиоустойчивость по сравнению с родительскими формами. С увеличением размера хромосом и количества ДНК возрастает радиочувствительность. Связь радиочувствительности с плоидностью не всегда носит прямую зависимость. У природных полиплоидных родов зависимости нет, в то же время иногда наблюдается обратная связь. У культурных растений, таких, как пшеница, сорго, кукуруза и горчица, установлено, что чем больше плоидность, тем выше радиочувствительность.

Вторая группа - факторы, характеризующие состояние клетки и генома (этап онтогенеза, наличие естественных радиопротекторов, антиоксидантов и способность клеток к репарации). Установлено, что радиочувствительность клеток зависит от фазы клеточного цикла, содержания в клетках воды, степени защищенности ДНК белками, наличия естественных радиопротекторов, концентрации кислорода и способности клеток к репарации и регенерации, т. е. к восстановлению и самообновлению. Самая низкая радиоустойчивость отмечается при прорастании семян, а также при переходе растений от вегетативного состояния к генеративному и в гаметогенезе.

Третья группа - факторы внешней среды и условия облучения (температура, свет, влажность, условия питания, методы и способы облучения растений). Максимальное поражение растений наблюдается при облучении альфа- и бета-излучением, а также при фракционировании дозы облучения. При облучении растений при оптимальной температуре (18-20 о С) радиоустойчивость понижается. Повышение и понижение температуры способствует повышению радиоустойчивости растений, потому что замедляется деление меристемных клеток. На радиочувствительность также оказывают влияние до- и пострадиационные условия: улучшенное минеральное питание, повышенная освещенность и влажность. Наличие кислорода также способствует повышению радиочувствительности. Особое влияние на радиочувствительность оказывают эколого-географические факторы. Популяции растений с широким ареалом распространения более радиоустойчивы, чем популяции с узким ареалом распространения. Радиочувствительны редкие и исчезающие виды растений.

Для количественной оценки радиочувствительности чаще используют летальную дозу (Л 100 ), полулетальную дозу (ЛД 50 ) и критическую дозу (ЛД 70 ). Летальная доза - это доза, при облучении которой погибает 100 % растений. Полулетальная доза - это доза, при облучении которой погибает 50 % растений. Критическая доза - это доза, при облучении которой погибает 70 % растений. У большинства сельскохозяйственных культур величина доз, вызывающих гибель 50 и 70 % растений, приводит к полной потере продуктивности. Поэтому при облучении растений используют дозу, вызывающую снижение урожайности на 50 % (УД 50). Разница между ЛД 50 и УД 50 для одного и того же вида растений может составлять 10-30 раз и более. В зависимости от цели исследования применяют также дозы УД 10 и УД 30 .

Лучевое поражение растений зависит от дозы облучения и проявляется в виде замедления роста и развития, нарушений репродуктивной системы, снижения урожайности и гибели растений.

В целом, растения более устойчивы к радиационному воздействию, чем птицы и млекопитающие. Облучение в небольших дозах может стимулировать жизнедеятельность растений - рисунок 3 - прорастание семян, интенсивность роста корешков, накопление зелёной массы и др. Нужно отметить, что дозовая кривая, приведенная на этом рисунке безусловно повторяется в опытах в отношении самых разнообразных свойств растений для доз радиационного воздействия, вызывающих угнетение процессов. В отношении стимуляции дозовая характеристика процессов не так очевидна. Во многих случаях проявление стимуляции на живых объектах не наблюдается.

Рисунок 3 - Зависимость числа проросших глазков картофеля сорта от дозы облучения

Большие дозы (200 - 400 Гр) вызывают снижение выживаемости растений, появление уродств, мутаций, возникновение опухолей. Нарушения роста и развития растений при облучении в значительной степени связаны с изменениями обмена веществ и появлением первичных радиотоксинов, которые в малых количествах стимулируют жизнедеятельность, а в больших - подавляют и нарушают её. Так, промывка облученных семян в течение суток после облучения снижает угнетающий эффект на 50-70%.

У растений лучевая болезнь возникает под воздействием различных видов ионизирующих излучений. Наиболее опасны альфа-частицы и нейтроны, нарушающие нуклеиновый, углеводный и жировой обмен в растениях. Очень чувствительны к облучению корни и молодые ткани. Общий симптом лучевой болезни - задержка роста. Например, у молодых растений пшеницы, фасоли, кукурузы и других задержка роста наблюдается через 20--30 ч после облучения дозой более 4 Гр. В то же время разными исследователями показано, что облучение воздушно-сухих семян многих культур дозами 3-15 Гр не только не приводит к угнетению роста и развития растений, а напротив способствует ускорению многих биохимических процессов. Это выражалось в ускорении развития и увеличении урожайности.

Установлены видовые, сортовые и индивидуальные внутрисортовые различия в радиочувствительности растений. Например, симптомы лучевой болезни у традесканции возникают при её облучении дозой 40 р, у гладиолуса - 6000 р. Смертельная доза облучения для большинства высших растений 2000-3000 р (поглощенная доза порядка 20-30 Гр), а низших, например дрожжей, 30 000 р (300 Гр). При лучевой болезни повышается также восприимчивость растений к инфекционным болезням. Пораженные растения нельзя использовать в пищу и на корм скоту, так как они могут вызвать лучевую болезнь у человека и животных. Методы защиты растений от лучевой болезни разработаны недостаточно.

ДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ НА РАСТЕНИЯ Наша планета постоянно подвергается бом­бардировке неисчислимым количеством не ви­димых глазом частиц, идущих из глубин Все­ленной. При попадании в какое-либо вещество эти частицы вызывают в нем образование ио­нов 1 , поэтому их называют ионизирующими, а весь поток таких падающих на Землю частиц - ионизирующей радиа­цией (излучением). В ис­кусственных услови­ях ионизирующая ра­диация получается при работе всем известного рентгеновского аппара­та, а также в атомных реакторах, где проис­ходит бомбардировка атомов нейтронами.

В окружающей нас Вселенной находятся колоссальные источни­ки ионизирующей ра­диации. Это так назы­ваемые «горячие звез­ды». Примером подоб­ной звезды может слу­жить наше Солнце, представляющее собой природный атомный ре­актор. В нем постоянно идут процессы распада с выделением громадных количеств энергии в виде альфа-, бета-, гамма-, икс-лучей 2 , нейтронных и протонных частиц. Ученые придумали интересные способы обна­ружения пути, по которому пролетают ионизи­рующие частицы. Один из них состоит в том, что в камеру Вильсона - небольшую метал­лическую коробку со стеклянной крышкой я дном - нагнетается сильно увлажненный воздух. Пролетающая через камеру ионизиру­ющая частица вызывает на своем пути образо­вание капелек воды, поскольку ионизированные частицей атомы воздуха становятся центрами конденсации. Благодаря этому путь частицы становится видимым и его можно сфотографи­ровать. Другой способ еще проще. Пролетаю­щие частицы оставляют след на фотопластинке,

Схема образования пути

ионизирующей частицы в

камере Вильсона.

Эмульсионный способ обнаружения пути ионизирующих частиц.

Покрытой толстым слоем специальной эмульсии. Таким образом, частицы как бы сами фотогра­фируют свой путь или место столкновения с дру­гими частицами. Число образующихся ионов на 1 микрон пробега частицы, так же как и та энергия, которую теряет частица на своем пути, служит важным показателем для каждого вида ионизирующих частиц.

Различие в действии нейтронов (а ) и рентгеновских лучей (б) на проростки ячменя: в рамках - необлученные растения, вне рамок - проростки при постепенном увеличении дозы радиации.

Многочисленные опыты показали, что плотность ионизации имеет большое значение для определения биологической реакции при облу­чении животных и растений. Например, бета-

1 Ион - часть молекулы, несущая электрический заряд.

2 Альфа-, бета-, гамма-, икс-лучи - различные виды излучений.

частицы стимулируют рост растений, а альфа-частицы такого действия не оказывают. По­смотрите на рисунок, где показано действие на проростки ячменя двух видов радиации - рентгеновских лучей и нейтронов. Если при действии нейтронов высота проростков равно­мерно уменьшается с увеличением дозы облу­чения, то при действии рентгеновских лучей проростки реагируют по-разному. Сейчас уже выяснено, что, несмотря на многие общие черты, присущие ионизирующим частицам, ха­рактер вызываемых ими изменений во многом зависит от вида ионизирующей радиации, дли­тельности облучения, от количества частиц в секунду, попадающих в растение, и, наконец, от фазы развития растения.

Количество ионизирующей радиации изме­ряется в особых единицах, называемых в честь известного ученого Рентгена рентгенами, со­кращенно обозначаемых буквой р.

ОХОТНИКИ ЗА... ОДНИМ ПРОЦЕНТОМ

После открытия ионизирующей радиации ученые-радиобиологи обнаружили, что облу­чение вызывает различные изменения в клет­ках и тканях растения. Так, под действием больших доз радиации изменяется форма и цвет листьев, цветков, подавляется рост. Вместе с тем отмечалось, что средние и малые дозы радиации, наоборот, способствуют ускорению роста растений. Такая стимуляция повышает урожайность многих культур, сокращает сроки созревания, повышает сахаристость плодов и т. д.

Каждое растение по-своему чувствительно к ионизирующей радиации. Эта чувствитель­ность изменяется в зависимости от фазы раз­вития. Например, для повышения урожайно­сти и усиления роста пшеницы и ячменя их проростки облучают рентгеновскими лучами в 400-750 р. Если же мы возьмем сухие семена этих культур, то они требуют в 10-30 раз большей дозы облучения. При облучении сухих семян пшеницы наряду с растениями-гигантами появились и маленькие, карликовые. При этом колос у гигантов был большой, но рыхлый, а у карликов очень ценный для селекционных целей - плотный и компактный.

Таким образом, изменения, возникающие в растениях при облучении их семян или пророст­ков, могут оказаться полезными для селек­ционеров. Можно отобрать формы, отличающие­ся высокой урожайностью, прочностью соло­мины, повышенным содержанием белка в семе­нах, величиной зерен, плодов. При скрещивании между собой этих новых форм получатся расте­ния, которые будут обладать многими ценными свойствами и признаками. Правда, из ста про­центов возникающих в растениях изменений ценным для селекционеров оказывается всего лишь один процент. Сотни исследователей в различных странах мира облучают растения в надежде получить этот заветный один процент. Когда же приходит удача, наградой исследова­телю служат сорта и формы растений с необы­чайно ценными свойствами.

Радиобиология дала в руки исследователей новый метод расшатывания наследственных свойств, получения резко измененных растений,

Разнообразные формы колосьев у озимой пшеницы, появившиеся после облуче­ния семян гамма-лучами и быстрыми нейтронами: 1 - исходный сорт; 2-18 - наследственно измененные колосья. (Из работы В. Ф. Можаевой, В. В. Хвостовой и Г. Д. Лапченко.)

начиная от бесполезных уродств и кончая расте­ниями с такими изумительными свойствами, что другим способом их нельзя было бы полу­чить вовсе. Правда, для этого пришлось немало поработать.

Тот, кто думает, что селекционная работа растениевода всего-навсего опыление цветков, сильно ошибается.

НУЖНА ЛИ БЕТОННАЯ СТЕНА ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ ГОРОХА И ЯБЛОК

Если задать подобный вопрос человеку, не­знакомому с успехами и достижениями радио­биологии, то он, возможно, недоуменно по­жмет плечами.

А ведь в наши дни такие удивительные поля существуют. Мало того, они не только ограждены подчас высокой бетонной стеной, но опоясаны двумя рядами колючей проволоки и снабжены щитами с грозной надписью: «Опас­но для жизни! Радиоактивность!» Это гамма-поле. Оно получило такое название потому, что на нем находится источник, излучающий гам­ма-лучи.

Как же устроено это поле? В середине боль­шого огороженного участка устанавливается радиоактивный источник. Он представляет со­бой двухметровый столб, на вершине которого в специальной трубке находится излучающий гамма-лучи радиоактив­ный кобальт - Со 60 . На поле в радиальном на­правлении, начиная от проростков и кончая взрослыми растениями, высаживают различные культуры: пшеницу, рожь, ячмень, горох, вику, черную сморо­дину и другие кустар­никовые, а также ябло­ни, груши различных возрастов. Все эти ра­стения в течение дли­тельного времени облу­чаются, получая различ­ные дозы радиации. Именно на таком гамма-поле ученым удалось, например, получить вы­сокоурожайные, с прочной соломиной и устойчивые к заболеваниям ячмени. У облученных на поле яблонь изменя­лась величина и окраска плодов и т. п.

Ионизирующее излучение применяется те­перь и в цветоводстве. Облучение тюльпанов и гиацинтов дало очень интересные результаты- появились цветы с необычными расцветками, с измененными лепестками.

Но для чего бетонная стена, колючая про­волока и щиты с грозными надписями? Дело в том, что радиоактивное облучение опасно для жизни человека, и поэтому на гамма-поле при­нимаются все меры безопасности. Когда в кон­це года на поле приходят исследователи для сбора растительного материала, плодов и се­мян, кобальтовый источник автоматически за­крывается свинцовыми экранами-щитами и с помощью особого устройства опускается в глу­бокий подземный колодец - стальную трубу, заполненную минеральным маслом. В таком виде он не страшен исследователям.

ЧТО ТАКОЕ РАДИОСТИМУЛЯЦИЯ

Сразу же после открытия ионизирующих частиц ученые обнаружили, что большие дозы радиации вредны растениям, а малые, напро­тив, стимулируют их. Стимулирующее дей­ствие ионизирующей радиации (радиостиму­ляция) сказывается в том, что растения лучше

А - схематический план гамма-поля; Б - вид облучаемых растений на делянках гамма-поля.

развиваются, в них накапливается больше хло­рофилла - основного пигмента, необходимого для фотосинтеза. Они становятся крепкими, лучше противостоят неблагоприятным клима­тическим условиям. Стимуляция влияет не только на растения, но и на их семена. Напри­мер, под воздействием малых доз радиации повысился урожай растений. Если взять с этих растений семена и высеять их в следующем году, то они также дадут повышенный урожай. В на­стоящее время проводятся большие работы для выяснения тех причин, которые приводят к ра­диостимуляции. Есть основания предполагать, что главная причина радиостимуляции состоит в том, что в тканях облученных растений про­исходит очень быстрое деление клеток, связан­ное с ускоренным образованием в клеточных ядрах дезоксирибонуклеиновой кислоты.

Правда, некоторые ученые объясняют ра­диостимуляцию просто химическим действи­ем радиоактивных веществ или находящих­ся в них примесей. Другие исследователи в своих опытах вовсе не получили радиостимуля­ции. Таким образом, предстоит еще очень большая работа по выяснению всех тех из­менений, которые вызывает ионизирующая радиация при воздействии на живой организм.

В связи с опытами по облучению растений были обнаружены интересные явления. В од­них и тех же горшках ученые выращивали облу­ченные и необлученные проростки огурцов и редиса. Оказалось, что при совместном выра­щивании не только облученные, но и необлу­ченные растения замедляют свой рост! Зна­чит, облученные растения воздействуют на необлученные.

Торможение роста необлученных расте­ний при совместном выращивании с облучен­ными наблюдается при воздействии на послед­ние дозами в 150 р (для бобов), 2-5 тыс. р (для огурцов и редиса). При облучении растений большими дозами (в 50 тыс. р) они уже не тор­мозят роста выращиваемых рядом с ними необ­лученных растений. Почему это происходит, ученые пока еще не знают. Но нет сомнения, что разгадка тайны близка.

Интересным оказалось исследование влия­ния ионизирующего облучения на движения, совершаемые листьями растений. Наверное, немногие знают, что листья растений совершают определенные движения - они то поднимаются, то опускаются и даже могут поворачиваться вокруг своей оси, как бы закручиваясь. Прав­да, увидеть это довольно трудно, потому что движения очень медленные. Но если растения

Схематическое изображение положения листьев расте­ния в различное время су­ток: а - движение листь­ев в нормальных условиях; б - движение листьев пос­ле облучения.

Фотографировать с течение дня через определен­ные промежутки времени, а затем просмотреть снятую кинопленку, движение листьев делает­ся видимым отчетливо. Растение периллу мас­личную облучали гамма-лучами. При дозах в 5 тыс. р движение ее листьев ослаблялось, при дозах в 50 тыс. р становилось еле-еле замет­ным, а при дозах в 100 тыс. р остановилось окон­чательно. Рост растений при этом прекращается, но никаких других внешних признаков по­вреждения нет. Они остаются зелеными, жизне­способными.

Любые данные, полученные в результате кропотливой исследовательской работы, уче­ные сразу же стараются поставить на службу человеку. Мы говорили уже о том, что облуче-

Схема промышленной установки для облучения пищевых про­дуктов радиоактивным кобальтом: 1 - бассейн для загрузки излучателя; 2 - траншея, по которой источник излучения передается в рабочий бассейн; 3 - бассейн для хранения ис­точника излучения в нерабочем состоянии; 4 - кассеты с ра­диоактивным кобальтом; 5 - корзина с облучаемыми про­дуктами, передвигающаяся на цепном транспортере; 6 - цеп­ной транспортер; 7 - поворотные звездочки; 8 - место загрузки корзин продуктами. Внизу слева - картофель не­облученный, справа - облученный.

Ние приостанавливает рост растений. Это свой­ство сейчас используется при хранении сель­скохозяйственных продуктов: лука, картофеля и др. У картофельных клубней, как известно, после 5-6-месячного периода покоя начинается процесс прорастания. Если не принять свое­временно мер, то клубень пропадет. И вот тут на помощь хозяйственникам приходит радио­биология, умело использующая биологическое действие ионизирующей радиации. В хранили­щах картофеля устанавливают источник гамма-лучей - стальную трубку, содержащую радио­активный кобальт (подобно тому, как это описано для гамма-поля, только с меньшей интенсивностью излучения). Облучение при­водит к тому, что клубни картофеля не прора­стают, сохраняются длительное время, причем они не теряют своих вкусовых и питательных свойств.

Есть еще одна важная область применения ионизирующей радиации. Очень важно, чтобы поступающие к нам продукты в значительной мере были бы свободны от микробов. С этой целью продукты с помощью ионизирующей ра­диации стерилизуют. При этом фрукты, на­пример, меньше портятся и поступают в про­дажу свежие, как будто только что сорванные с ветки.

Так достижения науки служат человеку, облегчают его труд.

РАСТЕНИЯ И МАГНИТ

Более 100 лет назад известный английский ученый М. Фарадей показал, что все вещества обладают магнитными свойствами, только вы­ражены они у них в разной степени.

Наиболее сильно эти свойства проявляются у железа, кобальта, никеля и некоторых спла­вов; у других же веществ они настолько слабы, что их устанавливают и измеряют лишь с по­мощью особого прибора, названного магнит­ными крутильными весами.

В том, что магнитное поле действует и на растение, довольно легко убедиться. Возьмем сухой лист барбариса и подвесим его между полюсами сильного электромагнита, ближе к одному из них. Когда мы потом включим или выключим ток, идущий через катушку электро­магнита, то увидим, как лист вздрагивает и втягивается в зазор либо, наоборот, выталки­вается из него (см. рис. на стр. 119).

Если какие-либо вещества притягиваются к области наиболее сильного магнитного поля, они называются парамагнитными; если выталкиваются, они называются диа­магнитными.

Оказалось, что магнитные свойства расти­тельного объекта во многом зависят от того, сколько в нем содержится воды. Сухое яблоко, например, всегда диамагнитно, а сырое - может быть как диамагнитным, так и пара­магнитным.

Магнитное поле бывает однородным и неод­нородным. В первом случае напряженность не меняется в пределах изучаемого объема поля, а во втором - в разных точках этого

При включении очень сильного магнитного поля лист бар­бариса вздрагивает и втягивается в зазор между полюсами.

Поля она различна. В неоднородном поле пара­магнитные вещества притягиваются в точку наибольшей напряженности поля, а диамагнитные - отталкиваются. Эта реакция веществ на неоднородное магнитное поле - реакция магнито-механическая. Английские ученые изучали такую реакцию в кончиках корней проростков кресс-салата, помещенных в сильное неоднород­ное магнитное поле. Под микроскопом они уви­дели, как зерна крахмала, которые имеются в клетке, под действием магнитного поля смеща­лись в протоплазме клетки в области наимень­шей неравномерности и напряженности поля. Под действием раздражения, вызванного их давлением, эта часть клетки замедляла свой рост. Больше того, кончик корня, как бы ста­раясь уйти из магнитного поля, начал изги­баться в том же направлении.

Описанную нами реакцию на неоднородное магнитное поле ученые назвали магнитотропической, а самое явление - магнитотропизмом.

Ну, а что происходит, если магнитное поле однородно в границах исследуемого объекта? Этим вопросом заинтересовались русские уче­ные. Они показали, что постоянное магнитное поле действует на биотоки и биохимические реакции в клетке.

Многостороннее действие магнитного поля на растительную клетку выражается в том, что при различной ориентации клетки в магнит­ном поле в ней по-разному изменяется скорость движения протоплазмы и находящих­ся в ней частиц и органелл клетки. (Органеллы - части клетки, выполняющие различные жизненные функции.) Теоретически подсчитано, что в 75 случаях магнитное поле должно тормо­зить движение протоплазмы; практически уче­ные установили, что оно тормозится в 79 случаях.

Особенно чувствительна клетка к действию магнитного поля во время деления и роста. Поэтому самыми восприимчивыми к магнитному полю оказываются молодые, интенсивно расту­щие части растений - кончик корня и первый лист злаков, так называемый колеоптиле.

Наиболее хорошо изучено сейчас действие постоянного магнитного поля на рост корневой системы у растений. Известно, что кончик корня многих растений, например гороха, при росте совершает небольшие колебательные движения относительно своей оси. Как пока­зывают опыты, в сильном магнитном поле (в 10 тыс. эрстед 1) эти движения в значительной мере расстраиваются: появляются вращательные движения, возрастают углы отклонения кончи­ка корня от оси. На протяжении длительного времени ученые в своих опытах наблюдали, как рост корешка в таком поле замедлялся и в дли­ну, и в толщину. Большие магнитные поля ока­зывали воздействие также и на дыхание рас­тений, например: проростки гороха, помещен­ные в магнитное поле 10 тыс. эрстед, снижа­ли выделение углекислоты почти на 25%.

Но все же неправильно думать, что только сильное магнитное поле оказывает заметное действие на растение. Часто все происходит совсем наоборот. Например, наблюдая с помо­щью горизонтального микроскопа 2 за корнем проростка пшеницы при напряженности маг­нитного поля в 60 и в 1600 эрстед, можно ви­деть, что в первом случае действие поля сти­мулирует рост корня, а во втором - не влия­ет на него совсем. Вполне естественно воз­никает вопрос: каков же нижний предел напря­женности магнитного поля, способный вызвать реакцию со стороны растения?

Долгое время в науке имелось предполо­жение, что земное магнитное поле небезраз­лично для роста растений. И вот совсем недавно, в 1960 г., советские физиологи расте­ний А. В. Крылов и Г. А. Тараканова сумели показать, как прорастающие семена кукурузы и пшеницы определенных сортов реагируют на ориентировку относительно полюсов магнитно­го поля Земли. Так, ими было установлено, что обращенное при посадке зародышем к южному

1 Эрстед - единица напряженности магнитного поля. Один эрстед - это такая напряженность поля, которая примерно в 2 раза сильнее напряженности земного магнитного поля в районе Москвы.

2 Микроскоп называется горизонтальным, потому что его тубус и вся увеличительная система располо­жены в горизонтальной плоскости. Он применяется для изучения, скорости роста кончиков стеблей или корней.

Схематическое изображение корневой системы пшеницы сорта Харьков, ориентирующейся по земному магнитному меридиану (он не совпадает с географическим меридианом) в направлении север - юг: 1 - вид сбоку; 2 - вид сверху.

Магнитному полюсу Земли семя прорастает быстрее. Корневая система такого проростка развивается значительно интенсивнее, чем у семени, которое при посадке было обращено к северному магнитному полюсу Земли. Та­ким образом, можно считать доказанным, что растение не только реагирует на магнитное поле Земли, напряженность которого в наших широтах 0,5 эрстеда, но и различает направление силовых линий земного магнитного поля.

Канадские ученые установили, что взрослые растения пшеницы сорта Харьков свою корне­вую систему располагают в почве по линии север - юг. По данным других авторов, корни сахарной свеклы некоторых сортов располагаются по линии запад - восток. Это означает, что расте­ния по-разному реагируют на земное магнитное поле и что характер подобной реакции является генетическим признаком. Сейчас еще рано гово­рить, чем объясняется такая реакция и каково ее значение для растительного мира. Ученые только начали работать в этом направлении. В некоторых случаях реакцию выбора опре­деленного направления или преимуществен­ный рост в сторону какого-нибудь одного полю­са наблюдали также и в искусственном маг­нитном поле. В 1958 г. были опубликованы результаты работы ученых, которые наблюдали за ростом корня бобов в магнитном поле. Если кон­чик корешка этого растения направлялся в сто­рону северного конца магнитного поля, то на его рост поле не оказывало никакого влияния. Наоборот, ориентировка верхушки корня к юж­ному магнитному полюсу тормозила рост корня.

Эти наблюдения лишний раз подтвердили всю важность дальнейшего изучения реакции растений на полюса магнита, которая, по-ви­димому, у разных растений различна.

Для чего же нужно изучать действие маг­нитного поля на растения?

Магнитное поле - один из постоянно при­сутствующих факторов внешней среды. Однако можно с уверенностью сказать, что это и один из наименее изученных факторов в смысле влияния его на растения, животных и человека. Когда при дальнейшем освоении космиче­ского пространства и развитии техники жизнь человека будет в какой-то промежуток вре­мени проходить в магнитных полях в тысячи раз сильнее земного, он уже должен знать, как действует поле на биологические объекты, в том числе и на растения (см. ст. «Космическая биология»). Но и «маленькое», земное магнит­ное поле может представить для него практи­ческий интерес в области сельскохозяйственного

Корни сахарной свеклы некоторых сортов располагаются по линии запад - восток: 1 - вид сверху, 2 - вид сбоку.

Производства. Если окажется, что расположе­ние корневых систем некоторых сельскохозяй­ственных растений в значительной мере оп­ределяется магнитным полем Земли, то, види­мо, придется считаться с этим фактором как при внесении удобрений, так и при выведении новых сортов.

КАК РАСТЕНИЯ БОРЮТСЯ С ЗАСУХОЙ И ЗАСОЛЕНИЕМ ПОЧВЫ

Климат на необъятной территории нашей Родины весьма разнообразен. На Севере зимой морозы достигают 60° и более, а в пустынях Средней Азии летом в тени бывает свыше 50° тепла. В районе г. Батуми на Черноморском побережье выпадает около 2000 мм осадков в год, а в пустынях Туркмении их выпадает немногим больше 100 мм, т. е. в 20 раз меньше.

В большинстве районов Средней Азии зем­леделие невозможно без орошения. Сельско­хозяйственные растения здесь страдают от за­сухи, т. е. повреждаются от недостатка воды в почве и от слишком сухого и горячего воздуха.

В то же время в пустынях есть много дико­растущих растений, которые приспособились к этим суровым условиям, хорошо растут и развиваются. Им помогает переносить жесто­кую засуху и успешно бороться с ней целый

Многие растения степей добывают воду глубоко уходящей В почву корневой системой: слева - корень фалькарии; спра­ва - корень шалфея.

Корень вероники инкана.

ряд свойств, или, как говорят биологи, при­способлений. Эти свойства у растений пустыни возникли не сразу, а за очень длитель­ное время.

Сменились многие тысячи поколений, мно­гие из возникших видов погибли. Выжили лишь те виды растений, у которых под влиянием окружающих условий в процессе естественного отбора появились свойства, помогавшие им бо­роться с засухой.

Растения, хорошо переносящие засуху, есть не только в пустынях, но И в степях. В степях осадков больше (300-350 мм в год), но летом почти всегда, хотя бы и на короткий срок, бы­вает засуха. Растения, хорошо переносящие засуху, получили название ксерофитов (от греческих слов«ксерос»-сухой и «фитон» - растение). Какими же путями борются ксе­рофиты с засухой?

Наиболее интересные ксерофиты - как­тусы, жители пустынь Северной и Централь­ной Америки. Кактусы хорошо нам известны, их разводят любители комнатных цветов. Акад. Н. А. Максимов удачно назвал кактусы растениями-«скопидомами». Действительно, в пери­од дождей кактусы запасают воду в стеблях, поглощая ее сильно разветвленной, но лежа­щей в почве неглубоко корневой системой. Листья у них изменились и стали колюч­ками. Кактусы покрыты толстой кутикулой и очень экономно расходуют воду. В то же время они устойчивы к действию высоких температур. Многие кактусы без особого вреда выносят нагревание своих тканей до 62° и даже несколько выше. Это наиболее жароустой­чивые цветковые растения на Земле.

Кроме кактусов, запасающих воду в стеблях, существуют растения, запасающие воду в листь­ях. К ним относится всем известное комнатное растение алоэ. В диком виде оно растет в южноафриканских пустынях. В средней полосе нашей страны на песчаной почве растет небольшое цветущее золотисто-желтыми цвет­ками растение очиток едкий.

Листья очитка мясистые, с запасами во­ды, которые растение расходует при отсут­ствии дождей.

Многие кустарники и небольшие деревья в пустынях Средней Азии добывают воду при помощи глубоко уходящей в почву корневой системы.

Среди побуревшей растительности выж­женной солнцем глинистой среднеазиатской пу­стыни выделяются яркие зеленые кусты с очень мелкими листьями и массой колючек. Это - верблюжья колючка, или янтак, как его называет местное население. В тканях верблюжьей колючки много сахару, но питается ею только неприхотливый верблюд. Даже осел отказывается есть ее. Почему же верблюжья колючка чувствует себя хорошо, когда большин­ство других растений пустыни погибает от засухи? Дело в том, что длинный корень колю­чки доходит до грунтовой воды - на глубину

10-20 м. Когда рыли Суэцкий канал, то в од­ном месте обнаружили корень верблюжьей ко­лючки на глубине 33 м. Поэтому-то колючка и не испытывает недостат­ка в воде. Испаряя во­ду, она охлаждает свои ткани и может перене­сти высокую температу­ру воздуха.

В наших степях встречается небольшое растение из семейства зонтичных - фалькария (резак). Так же как верблюжья колюч­ка, фалькария снабжает­ся водой при помощи корневой системы, про­никающей в почву на 5-6 м.

У растений сущест­вуют и другие способы борьбы с засухой. В пес­чаных пустынях Сред-

Фалькария.

Ней Азии встречаются прутообразные кусты джузгуна (каллигонума). Его листья срослись со стеблями. Листовая поверхность у джузгуна меньше, чем у других растений, а по­этому и испарение воды небольшое.

В западносибирской степи обращает на себя внимание маленькое сизое растение - веро­ника инкана. Стебель и листья у нее опушены волосками. Волоски эти быстро отми­рают и заполняются воздухом. Воздух плохо

Однолетние эфемеры пустыни.

Пропускает тепло, и потому вероника инкана не так сильно нагревается солнечными лучами. Кроме того, вероника сравнительно легко пере­носит высыхание. Она может потерять до 60% содержащейся в ней воды и все же пережить засуху. Такими же свойствами отличается и полынь сизая.

В степях во время и после дождя можно заме­тить на поверхности почвы небольшие темно-зеленые комочки сине-зеленой водоросли носток. Когда нет дождей, носток высыхает, становится маленькой сухой буровато-серой корочкой, которую трудно заметить. В та­ком виде носток переносит засуху, а растет и развивается после выпавшего дождя и осенью.

В глинистых пустынях Средней Азии ран­ней весной почва почти сплошь покрыта эфемерами (от греческого слова «эфемерос» - однодневный) - растениями из различных семейств: злаковых, крестоцветных, макоцветных и др. Эти растения борются с засухой, как

бы обгоняя ее: у них очень быстрое развитие. Весной в почве пустыни есть влага, и тем­пература воздуха умеренная. Эфемеры исполь­зуют это и быстро заканчивают свой рост и раз-питие. За 5-6 недель они успевают зацвести и принести семена, которые пролежат в сухой почве до следующей весны.

Кроме однолетних эфемеров, в пустыне есть и многолетние эфемероиды. К эфемерои­дам относятся растущие в степях и пустынях тюльпаны, песчаная осока и ряд других расте­ний. Они переживают засуху, образуя корне­вища, клубни и луковицы. Все эти части растений находятся в почве и защищены от потери воды специальными покровами. Эфемероиды, как и эфемеры, успевают принести потомство (семена) весной. Когда приходит засуха, она им уже не страшна.

Не надо думать, что ксерофиты встречаются только в степях и пустынях. Есть они и в сред­ней полосе, и даже в северной части нашего Союза. В сосновом бору-беломошнике в жар­кий летний день под ногами хрустят высохшие кустики лишайника - так называемого оленьего мха, или ягеля. Как почти все лишайники, ягель хорошо переносит высыхание, а после дождя вновь начинает расти.

Не менее интересна, чем ксерофиты, груп­па растений галофитов (от греческого слова «гальс» - соль). Они растут на засолен­ной почве: по берегам морей или в засушли­вом климате (в зоне сте­пей, полупустынь и пу­стынь). В засушливом климате с поверхности почвы сильно испаряет­ся вода, а растворенные в ней соли (поваренная соль, сернокислый нат­рий, сода и др.) подни­маются с водой наверх и остаются в почве. Так образуются солончаки, на которых могут расти только одни галофиты. Обычно в самом центре солончака, где засоле­ние наиболее сильно, растений совсем нет, а только белеют «выцве­ты» солей. Вокруг ли-

Галофит солерос: 1 - об­щий вид; 2 - веточка; 3 - поперечный разрез веточки.

Солерос лучше развивается на засоленной почве. В сосуде слева почва незасоленная; в сосуде справа - засоленная. Посажены растения одновременно.

Растения, не при­способленные к засолению, разви­ваются на соле­ной почве плохо. В обоих сосудах хлопчатник посе­ян одновременно: в сосуде слева почва незасолен­ная, в сосуде справа - засолен­ная.

Шейного растительности пятна, там, где солей уже меньше, поселяется самое солелюбивое на свете растение - солерос. Вид у соле­роса необычный. Это небольшое однолетнее травянистое растение, высотой от 10 до 30 см. Оно состоит из отдельных члеников, толстых и мясистых. Каждый такой членик представляет сросшийся с листом стебель. Внутри своих тканей солерос накапливает соли. Когда в тка­ни оказывается слишком много солей, отдель­ные членики отпадают. Так солерос защищает­ся от избытка солей внутри своего организма. Бок о бок с солеросом растет сведа, имеющая стебель и толстые мясистые листья. Она хуже, чем солерос, выдерживает засоление почвы. Несколько иным образом борется с засолением кермек, обладающий прикорневой розеткой

Влияние «малых доз» гамма – излучения на рост и развитие Клевера лугового ( Trifolium pretense L .), и Тимофеевки луговой ( Phleum р r а tense L ).

Введение

Интенсивные испытания ядерного оружия в середине XX столетия, использования атомной энергии, ионизирующего излучения в народном хозяйстве привело к увеличению радиационного фона на планете. Эти процессы привели к изменению акцентов в радиобиологических исследованиях. Стали больше уделять внимания исследованиям действия радиации в относительно малых дозах, которые пролонгированы во времени.

Среди ученых в этом вопросе нет единодушия какие дозы облучения считать малыми. Б ольшинство считает, что диапазон малых доз находится выше природного фона и превышает его в десять раз. Верхняя граница диапазона малых доз является менее определенной, поскольку существует большая разница между разными организмами в радиочувствительности. Мерилом верхнего предела малых доз считают ту дозу радиации, при которой гибнет 50% особей данного вида на протяжении 30-60 дней (ЛД 50\30 ) или 100% за это же время (ЛД 100/30 ). Диапазон малых доз ограничивается «сверху» величиной, которая на 2 порядка (в сто раз) меньше чем ЛД 50\30 для определенного вида живых созданий (организмов). В случае когда малые дозы относят к человеку, то речь идет о дозах 4-5 рад (0,04 – 0,05 Гр) в условиях разового облучения.

Действие малых доз радиации реализуется на уровне отдельных ионизирующих частиц (квантов) при взаимодействии с ДНК (ДНК в данной ситуации рассматривается как мишень). Даже одно единственное попадание в биологическую мишень (взаимодействие) может привести к необратимому повреждению гена (к мутации). Изменение генетической информации может привести к гибели клетки. Таким образом, ионизирующая радиация – это не единственный, известный человечеству, физический агент, который не имеет порога эффекта. Поскольку даже при наименьшем воздействии (одна ионизирующая частичка) могут возникнуть серьезные биологические последствия (разумеется, что с очень низкой вероятностью). Вероятностный характер действия радиации осуществляется только на те биологические процессы, которые непосредственно связаны с функционированием генетического аппарата клетки. Такие эффекты развиваются по принципу «все или ничего» (ионизирующая частичка или попала, или не попала в «мишень»). С увеличением дозы радиации увеличивается количество таких элементарных событий, а не их величина. Все другие биологические эффекты облучения зависят от величины полученной дозы – с увеличением дозы облучения увеличивается выразительность эффекта. Например, с увеличением дозы облучения увеличивается длительность задержки деления клетки.
Более того, при малых дозах облучения, уровни которых граничат с природным фоном, учеными регистрируется стимулирующее действие радиации. Такое действие проявляется в увеличении частоты клеточных делений, ускоренное прорастание и улучшение схожести семян, и даже в увеличении урожайности сельскохозяйственных культур. Увеличивается выведение цыплят (уменьшается их смертность при вылупливании из яиц). Цыплята лучше набирают вес, а у кур улучшается яйценоскость. Увеличивается устойчивость животных к бактериальным и вирусным инфекциям. Таки образом не только у растений, но даже и у животных (даже в радиочувствительных видов млекопитающих) выделяют диапазон доз, которые вызывают стимуляцию жизнедеятельности (1-10-25 рад). Этот эффект ученые называют гормезисом.

В диапазоне значительных доз облучения четко регистрируется линейная зависимость частоты отдаленных последствий от дозы облучения. С уменьшением доз все труднее установить такую зависимость. Ктому же природный радиационный фон, который сосуществует с жизнью на Земле миллиарды лет играет роль «поставщика» мутаций. Репаративные системы ликвидируют основную массу мутаций, за исключение биологически необходимых. По этому в пределах малых доз облучения отсутствует линейная (прямая) зависимость в соотношении «доза-эффект», а наблюдается волнообразная зависимость или кривая выходит на плато. Только исходя с какой-то величины дозы (для каждого вида организмов она уникальна). Предполагается, что в пределах малых доз радиации возможны эффекты стимулирования физиологических функций клеток или целого организма (гормезис), а также мутагенные эффекты, которые являются сопоставимы с действием природного мутагенного фона.

Актуальность темы . Строительство атомной электростанции в Белоруссии требует дальнейших активных исследований влияния «малых доз» ионизирующих излучений на растительные организмы.

Научная новизна: Предложены новые механизмы для объяснения действия «малых доз» радиации.
Практическая значимость: В настоящее время проблема влияния низкоинтенсивного излучений на живые объекты чрезвычайно интересна не только в теоретическом, но и в практическом плане. Она становится жизненно важной не только для работающих на атомных заводах и станциях или проживающих вблизи них, но и для миллионов людей, находящихся за тысячи километров от мест аварий на предприятиях атомной промышленности.

Цель исследования – Проследить пострадиационный эффект облучения растений «малыми дозами» и предложить механизмы для объяснения действия «малых доз» радиации.

Материалы и методика

Объектом исследования служили растения Trifolium pratense L. (клевера лугового), выращенные из облученных семян. Облучение дозами 5, 10 и 20 Гр. проводилось на установке "Игур" при мощности дозы 360 Р/ч. Коэффициент пересчета экспозиционной дозы в поглощенную принимался равным единице. Содержание пигментов в листьях определялись спектрофотометрически. П роростки Ph.pratense, выращенные на торфяной почве в лабораторных условиях (18°С, 3500 лк) на установке “Гаммарид” (МЭД-80,160 и 300 мР/ч) облучались в дозах 0,07; 0,14; 0,28 Гр. Приблизительно такие дозы получают растения, произрастающие на территориях, загрязнённых радионуклидами Чернобыльского выброса. Статистическая обработка данных производилась по стандартным методикам.

Результаты и обсуждение

Семена Т. pratense L ., облученные дозой 5, 10 и 20 Гр, через четыре дня после облучения вместе с необлученным контролем были посажены на опытных делянках в 1 м 2 на территории Центрального ботанического сада г. Минска. Урожай первого укоса клевера, не вступившего в фазу цветения, показал, что опытные растения характеризуются более высокими показателями прироста вегетативной массы и содержанием пигментов (табл.1).

Таблица 1. Содержание фотосинтетических пигментов в листьях

(мг/г сырой массы) Trifolium pratense L ., выращенного

из облученных семян

Концентрация в листьях (мгг)

масса

щенная

сухой

доза,

хлоро-

хлоро-

( а + b )

а  b

Кароти-

а + b

фито-

Гр

филл а

филл b

ноиды

карот

массы, г

фон

1,22

0,10

1,32

0,78

33,7

1,28

0,34

1,62

1,20

97,8

1,56

0,39

1,95

1,12

72,6

1,85

0,31

2,16

1,39

69,7

Примечание: значения средних арифметических достоверны при р<0,05.

На следующий год визуальная оценка темпов роста этих же растений в начале вегетации не оставляла сомнений в аналогичной тенденции. Однако, отбор образцов в период цветения дал неожиданные результаты, которые заключались в меньшем приросте фитомассы растений, выращенных из облученных семян. Биометрический анализ отобранных с каждой площадки 12 проростков, выявил: (табл.2):

Таблица 2 . Биометрические характеристики Т.pratense L ., выращенного из облученных семян

Масса, г

Длина

Число

Гр

стеблей,

цветков,

листьев

цветков

стеблей

см

шт

Контроль

18,2

59,03

15,4

77,33

18,7

70,34

14,8

73,24

несмотря на большую длину стеблей опытных растений, их общая масса и масса листьев при дозе 10 Гр была почти одинаковой с контролем

при 5 и 20 Гр масса листьев, цветков, стеблей была меньшей, чем в контроле.

ветвистость стеблей, количество цветков было большим в контроле.

Третий укос - в фазе цветения также как и второй (табл.3).

Таблица 3. Количество цветков (шт) и их масса (г/м 2 ) у клевера лугового в фазе цветения

показал более значительное превышение общего количества цветков и их массы на контрольной площадке

Четвертый укос - до фазы цветения показал более высокий прирост фитомассы на опытных участках по сравнению с контролем.

Общий же итог за двухсезонный период вегетации показывает, что указанные дозы в 5, 10 и 20 Гр понизили прирост биомассы клевера в условиях г. Минска.

Обнаруженные эффекты являются результатом не первичного, а отдалённого действия радиации, которое по–разному проявилось на разных этапах развития растений. Причина неодинакового проявления пострадиационного эффекта, по-видимому, обусловлена изменением радиацией генетической программы онтогенеза клевера. Эти изменения нарушили нормальный ход биохимических процессов, что и вызывало наблюдаемый эффект.

Пострадиационный эффект облучения семян по-разному проявлялся на разных этапах роста клевера лугового. Причина этого явления, вероятно, вызвана, нарушением ионизирующей радиацией генетической программы развития растений.

Суммарное снижение прироста биомассы за двулетний период роста, уменьшение количества цветков и их массы в фазе цветения указывает на сложный характер действия доз, называемых стимулирующими. Эта сложность определяется взаимовлиянием поглощенной дозы, ее мощностью, видовыми особенностями растений и условиями их произрастания.

Полученные результаты обоснованно приводят к мысли о том, что термины "стимулирующие дозы облучения" корректно применять по отношению к завершившему свой цикл развития целому растению, так как за стимуляцию можно принять вызванное облучением ускорение темпов роста организма на определенном этапе его развития.

Лиература:

Kravchenko V.A., Gaponenko V. I., Matsko V. P., Baribin L. M. The accumulation of Chernobyls accident by natural grasses and the radiations influense on their phisiological and biochemical parameters // Proceeding of the Belarus-Japan Simposium " Acute and late consequences of nuclear catastrophes: Hiroshima-Nagasaki and Chernobyl (Minsk, October,1994), Tokio,1994. P. 289-295.

Kravchenko V.A., Gaponenko V.I., Matsko V.P. Physiological and biological effects in gamma-irradiated plants and accumulation of chernobyl caesium in them // Abstracts of the Belarus-Japan symposium "Acute and late consequences of nuclear catastrophes:" Hiroshima-Nagasaki and Chernobyl Minsk, 3-5 October, 1994. P. 59.

Kravchenko V.A., Gaponenko V.I., Matsko V.P., Bondar Yr.I. Peculiarities of radiocesium accumulation by plants and their physiological and biochemical characteristics after Chernobyl s catastrophe // Abstract of the 2-nd International conference "Radiobiological conseqences of nuclear accident", Moskow, 25-26 October, 1994.-P.125.

Кравченко В.А., Гапоненко В.И., Мацко В.П., Грушевская О.М. и др.

Эколого-физиологическое состояние некоторых видов естественной

растительности ПГРЭЗ // Вецi АН Беларусi. Сер. б i ял. навук.-1996.-

№2.- С.85-87.

Заболотный А.И., Будкевич Т.А., Бажанов Д.П., Кравченко В.А., Милевич Т.А. Влияние γ-облучения семян, эпибрассинолида на азотфиксацию и продуктивность люпина в условиях почвы, загрязнённой Pb // Тез. докладов 5-ой Международной научной конференции «Регуляция роста, развития и продуктивность растений», Минск, Беларусь, 28- 30 ноября 2007г.-С.72.

А.И. Заболотный, Т.А. Будкевич, В.А. Кравченко Предпосевное γ - облучение семян и обработка растений 24 – эпибрассинолидом как факторы повышения устойчивости люпина к избытку свинца в почве // Материалы Международной конференции «биологические эффекты малых доз ионизирующей радиации и радиоактивное загрязнение среды. Сыктывкар 28 сентября – 1 октября 2009г.- С.314-316.

Heldt H.-W., Piechulla B., Plant biochemistry, USA, 2011.-618p.

Влияние различных удобрений на фотосинтетические характеристики горчицы в вегетационных условиях на почве, загрязнённой кадмием. // J . Nanjing Agric . Univ .2007.30, №4, с.82-86.