Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Проблема оценки влияния радиоактивного загрязнения на окружающую среду постоянно находится в центре внимания общественности. Серьезная озабоченность ученых по этому поводу стала проявляться с начала испытаний ядерного оружия и широкого использования атомной энергии в мирных целях, когда радиоактивный материал начал распространяться по всему Земному шару. Особенно остро данная проблема обозначилась после аварий на атомных предприятиях ПО "Маяк", 1957, Уиндскейле, 1957, АЭС "Три Майл Айленд", 1979, Чернобыльской АЭС, 1986.
В результате радиоактивного выброса на ПО "Маяк" образовался Восточно-Уральский радиоактивный след (ВУРС ). Среди возникших многочисленных общебиологических проблем особое место заняла проблема оценки отдаленных генетических эффектов в популяциях животных, растений и микроорганизмов, обитающих на ВУРСе.
Вышеизложенное определило актуальность данного исследования, ЦЕЛЬЮ которого было изучение закономерностей естественного мутационного процесса в изменяющихся условиях среды обитания популяций растений. При этом решались следующие ЗАДАЧИ:
1). Изучить генетические эффекты и их зависимость от дозы р-излучения в контролируемых экспериментальных условиях при аэраль-ном и корневом поступлении радионуклидов в растения в широком диапазоне концентраций.
2). Изучить динамику мутационного процесса в хронически облучаемых природных популяциях растений, обитающих на ВУРСе.
3). Изучить влияние радиоактивного загрязнения на генетическую структуру природных популяций растений.
4). Провести сравнительную оценку цитогенетических и генетических эффектов в популяциях растений, произрастающих на ВУРСе, в 30-км зоне аварии на ЧАЭС и в районе испытаний ядерных устройств на Семипалатинском полигоне.
Исходным материалом для исследований служили посевы ячменя двухрядного ( Hordeum distichum L .), природные популяции василька шероховатого ( Centaurea scabiosa L. ), лесонасаждения и природные популяции сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L ).
В эксперименте с аэральным загрязнением посевов ячменя использовали ^У ( Ті/2 =64 час, E(j=0,9 МэВ ). Основным источником ионизирующего излучения на ВУРСе был радионуклид ^Sr ( Т1/2 =28,5 лет, Е(!=0,61 МэВ ), находящийся в равновесном состоянии со своим дочерним радионуклидом *Y. В зоне аварии на ЧАЭС радиационную обстановку в основном определяли 131l, 134Cs и 137Cs, ^Sr, 238Pu, 239Pu и 2"Pu.
Поглощенные дозы облучения оценивали методом, основанном на применении термолюминефора LiF. Такие микродозиметры ( ТЛД) вставляли в места расположения критических органов растений вегетативной и генеративной сфер. Этот метод позволил провести измерение доз у - Р -излучений в пределах от 0,001 до 100 Гр с ошибкой от 15% до 7% соответственно { Пристер и др. 1977).
Статистическую обработку экспериментального материала проводили, используя методы биометрии ( Sokal,1981; Животовский, 1991) и популяционной генетики (Ли, 1978; Айала, 1984; Животовский, 1982-84).
-
Цитогенетические и генетические критерии оценки радиационного воздействия на популяции растений чувствительнее традиционных радиобиологических критериев на 1-2 порядка величин. Зависимость генетических эффектов от дозы В-излучения имеет нелинейный характер и описывается уравнением с показателем степени меньше 1.
-
В случае радиоактивного загрязнения обширных территорий хроническое воздействие ионизирующего излучения выступает как экологический фактор, изменяющий генетическую структуру природных популяций.
3. При длительном обитании популяций растений в условиях радиоактивного загрязнения они переходят на новый более высокий уровень радиорезистентности. При этом цитогенетическая адаптация опережает генетическую.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. Данные настоящего исследования являются оригинальными, так как они получены в реальных условиях, создавшихся в результате Кыштымской и Чернобыльской аварий, а также после испытаний атомного оружия на Семипалатинском полигоне.
При азральном и корневом поступлении радионуклидов в контролируемых условиях на одном и том же виде растений по нескольким генетическим критериям впервые описана зависимость "доза-эффект" для р-излучения в широком диапазоне концентраций радионуклидов.
В одних и тех же хронически облучаемых природных и сортовых популяциях растений впервые изучена динамика мутационного процесса и становления радиоадаптации. Выявлена гетерогенность природных и сортовых популяций растений по радиорезистентности.
При использовании изоферментов в качестве маркеров генов впервые проведена оценка динамики генных частот и генных мутаций в облучаемых популяциях растений. Впервые установлено, что радиоактивное загрязнение выступает как экологический фактор, изменяющий генетическую структуру природных популяций.
У P. sylvestris L, подвергшейся острому радиационному воздействию при аварии на ЧАЭС, при анализе наследования продуктов аллелей полиморфных аллозимных локусов, впервые получены количественные оценки гаметического отбора, приводящему к нарушению сегрегации аллелей в потомстве от ожидаемого 1:1. Выявлена связь между гетерози-готностью деревьев сосны обыкновенной и их способностью продуцировать жизнеспособные семена в условиях высоких доз ионизирующих излучений.
По цитогенетическим и генетическим критериям впервые дана сравнительная оценка радиационного воздействия на популяции P. sylvestris L на ВУРСе, в зоне аварии на ЧАЭС и в районе испытаний ядерных устройств на Семипалатинском полигоне.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Полученные экспериментальные данные являются оригинальными, они относятся к одним из первых результатов оценки генетических последствий крупномасштабных ядерных аварий на популяционном уровне. Материалы исследований послужили выработке рекомендаций по рациональному ведению работ, связанных с ликвидацией экологических последствий аварии на Чернобыльской АЭС. Экспериментальные данные, полученные в ходе многолетних исследований в разных регионах, использованы местной администрацией при проведении экологических мероприятий в зонах бедствий.
Получены прямые доказательства и дано научное обоснование больших возможностей использования сосны обыкновенной в качестве природной тест-системы при эколого-генетическом мониторинге мутагенности среды. Выявленные в работе закономерности эволюционных преобразований, происходящих в популяциях при радиоактивном загрязнении, приемлемы и для оценки последствий загрязнения среды другими антропогенными факторами. Результаты многолетних исследований на ВУРСе и в зоне аварии на ЧАЭС, внесли вклад в развитие фундаментальных основ радиационной генетики природных популяций.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертации доложены на 2, 3, 5, 6 и 10-ом Всесоюзных симпозиумах по радиационной генетике (Мозжинка, 1972, Звенигород, 1975, 1976, Махарадзе-Анасеули, 1978, Пущино, 1984 ); 2-ом и 4-ом Всесоюзных симпозиумах " Молекулярные механизмы генетических процессов " ( Москва, 1973, 1978 ); заседании Секции" Миграция радионуклидов в биосфере и проблемы радиоэкологии " ( Москва, 1974); XIV Международном генетическом конгрессе ( Москва, 1978 ); Международной радиобиологической конференции ( Варна, 1978); Секции генетические аспекты проблемы " Человек и биосфера " ( Сверд-
ловск, 1978, Кемерово, 1983, Владикавказ, 1986, Киев, 1988 ); совещании " Генетические аспекты загрязнения окружающей Среды " ( Ашхабад, 1982 ); Второй Всесоюзной конференции по сельскохозяйственной радиологии ( Обнинск, 1984 ); Всесоюзной конференции по действию малых доз ионизирующей радиации ( Севастополь, 1984 ); совещании по лесной экологии памяти 80-летия Г.Ф.Хильми, ( Москва, 1985 ); Научно-координационном совещании " Генетико-биохимические аспекты радиоустойчивости культурных растений * ( Обнинск,1985 ); 1-3 Всесоюзных научно-технических совещаниях по основным результатам ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС ( итоги 2-х, 4-х, 6-й и 10-и летних работ, Чернобыль, 1988, 1990, 1992, 1996 ); 2-ом Всесоюзном координационном совещании " Эколого-генетические последствия воздействия на окружающую среду антропогенных факторов " ( Сыктывкар, 1989); 1-ой и 2-ой Международных конференциях " Биологические и радиоэкологические последствия аварии на Чернобыльской АЭС " ( Зеленый Мыс, 1990, 1996); Третьем съезде по радиационным исследованиям ( Москва, 1997 ). Основные результаты работы представлены в 40 публикациях.
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация изложена на/92 страницах машинописного текста и состоит из введения, материалов и методов, одной главы литературного обзора, четырех глав результатов собственного исследования, обсуждения, заключения, выводов и списка литературы. Диссертация содержит 5$ таблиц и 38 рисунков. Список цитированной литературы включает/'іь'отечественньїх и/7$ иностранных публикаций.