РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2007, том 47, № 1, с. 22-27
^ ОБЩАЯ
РАДИОБИОЛОГИЯ
УДК 577.24:575.22
ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЖИЗНИ И ФЕРТИЛЬНОСТЬ ДРОЗОФИЛЫ
ПОСЛЕ ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКОГО РЕНТГЕНОВСКОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА ПОСТЭМБРИОНАЛЬНЫХ СТАДИЯХ РАЗВИТИЯ
© 2007 г. М. А. Большаков1*, О. К. Либрихт1, И. Р. Князева2, А. А. Ельчанинов3,
А. И. Климов3, В. В. Ростов3
1Томский государственный университет 2Сибирский государственный медицинский университет, Томск 3Институт сильноточной электроники СО РАН, Томск
Исследовалось влияние импульсио-периодического рентгеновского излучения (однократная 5-минутная экспозиция с частотой повторения импульсов 13 Гц при уровнях поглощенных доз 3 х 10-61.5 х 10-4 Гр за импульс) на личинок и куколок дрозофилы. Показано, что эффект воздействия проявляется в изменении продолжительности жизни имаго и фертильности, зависит от возраста на момент воздействия и дозы излучения.
Импульсно-периодическоерентгеновское излучение, дрозофила, продолжительность жизни, фер-тильность.
В настоящее время хорошо изучено действие непрерывных ионизирующих излучений. В то же время имеется длительный опыт разработки и применения для широкого круга физических исследований импульсных и импульсно-периодиче-ских источников рентгеновского излучения [1-4]. Биологическое действие данных видов излучений гораздо менее изучено в сравнении с непрерывным. Тем не менее в настоящее время имеются результаты, указывающие на высокую биологическую эффективность импульсно-периодиче-ского ионизирующего излучения. В частности, Hofmann с соавт. [5, 6], используя метод стробоскопического прерывания потоков в-лучей от изотопного источника, показали, что прерывистое (фракционированное) облучение яиц дрозофилы (с скоростями вращения диска от 5 до 590 об/с) при уровнях экспозиционных доз 100-800 Р, оказывает влияние на развитие дрозофилы. Эффект зависел от скорости вращения диска (частоты) и уровня доз. Относительно недавно были проведены эксперименты с использованием тормозного рентгеновского излучения импульсно-периодического ускорителя электронов для облучения дрозофилы на разных стадиях развития. Было показано, что 5-минутное воздействие в более низком суммарном диапазоне доз (от 0.03 до 0.3 мГр) приводит к нарушению развития дрозофилы [7], проявляющемуся в остановке развития и отдельных морфозах. Процент прерывания раз-
* Адресат для корреспонденции: 634050 Томск-50, Томский госуниверситет; тел.: (3822) 52-96-00; e-mail: blshk@bio.tsu.ru.
вития (ППР) находился в зависимости от возраста облученных объектов, а также частоты повторения импульсов. Более чувствительными к такому воздействию оказались личинки 2-го возраста, после облучения которых, при частоте повторения импульсов 13 Гц величина ППР достигала 85% [8-10].
Остановка развития после облучения и соответственно гибель организма являются, по-видимому, не единственным проявлением повреждающего действия излучения. В частности, в работе было показано, что под действием непрерывного ионизирующего излучения с мощностью дозы 1 Гр/мин продолжительность жизни дрозофилы в ряду поколений изменялась с общей тенденцией ее сокращения. Изменение средней продолжительности жизни также наблюдалось в экспериментах Москалёва и Зайнуллина [11]. Они показали, что облучение дрозофилы на различных стадиях развития в дозе 0.6 Гр сопровождается преждевременным старением организма и сокращением продолжительности жизни. По мнению указанных авторов, преждевременное старение -результат индуцированной облучением апопто-тической гибели клеток. С другой стороны, индуцированный радиацией апоптоз может быть одним из механизмов, устраняющих нежизнеспособные клетки, и тем самым препятствующих старению [12].
Цель настоящего исследования - оценка продолжительности жизни и фертильности имаго дрозофилы после однократного 5-минутного воздействия импульсно-периодического рентгенов-
ского излучения на развивающийся организм плодовой мушки на стадиях личинки и куколки.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Работа выполнена на Drosophila melanogaster линии Canton S из коллекции Института цитологии и генетики СО РАН. Для получения массовых синхронных выборок личинок использовалась методика Делькура [13], модифицированная для условий электромагнитного воздействия. Для проведения экспериментов и поддержания выборок дрозофил использовали пенициллиновые флаконы со стандартной дрожжевой питательной средой объемом 5 мл [13]. В ходе проведения экспериментов формировались три группы объектов: опытные группы, в которых личинки дрозофилы 1-го, 2-го и 3-го возрастов (1, 2 и 3 сут после откладки яиц) и куколки возраста 7 сут подвергались облучению с частотой повторения импульсов 13 Гц при различных уровнях поглощенной дозы. Ложнооблученные группы подвергались всем процедурам, что и опытные группы, кроме самого облучения. Контрольные группы постоянно находились в условиях поддержания лабораторной популяции мух. Исходные объемы выборок яиц для каждой из использованных групп в каждой из проведенных серий экспериментов составляли от 250 до 330 особей. Однако при оценке продолжительности жизни имаго выборки облученных объектов оказывались меньше вследствие радиоиндуцированного прерывания развития. В ходе определения продолжительности жизни пересаживание мух на свежую питательную среду проводилось каждые 2 сут.
В качестве источника импульсно-периодиче-ского рентгеновского излучения использовалось тормозное излучение электронов сильноточного электронного пучка на аноде ускорителя Sinus-150 (разработка Института сильноточной электроники СО РАН) с ускоряющим напряжением 260 кВ, током электронного пучка 4 кА, длительностью импульса 4 нс [3]. Использованные объекты облучались с частотой повторения импульсов 13 Гц при разных уровнях поглощенных доз. Для этого во время облучения пенициллиновые флаконы с личинками и куколками располагались на определенном расстоянии от анода электронного ускорителя, что обеспечивало облучение в дозах порядка 3 х 10-4 мГр за импульс до 1.5 х 10-2 мГр за импульс. При облучении с частотой повторения импульсов 13 Гц уровень поглощенных доз составлял соответственно от 2 х 10-4 до 10-2 Гр за 5 мин экспозиции.
Продолжительность жизни имаго (самцов и самок без учета пола), облученных на стадиях личинки трех возрастов и куколки при двух дозах (0.06 и 0.2 Гр), оценивалась в соответствии с процедурой, описанной Гавриловым и Гавриловой
[14]. В рамках этого анализа строились графики продолжительности жизни (кривые дожития) для опытных, ложнооблученных и контрольных групп мух и рассчитывались средние продолжительности жизни популяций. Экспериментально полученные кривые дожития аппроксимировались уравнением Гомперца [14] вида ф(х, Я, а) = = ехр[Я(1 - ехр(ах))], в котором параметры Я и а находились методом наименьших квадратов. Достоверность различия между кривыми дожития облученных и ложнооблученных групп можно охарактеризовать изменением параметров уравнения Гомперца.
Для оценки способности к воспроизведению потомства (фертильности) имаго облучали на стадии личинок 2-го возраста, исходные выборки яиц составляли в силу высокого ППР от 3 до 4 тыс. на одну пару точек (самцы и самки, облученные при одинаковой дозе). Полученные имаго использовались для определения фертильности. Для этого в пенициллиновые флаконы с питательной средой подсаживались одна самка и один самец, причем в контрольной группе и самец и самка были необлученными, из контрольной группы. В ложнооблученной и опытной группах контрольная самка подсаживалась к ложнооблу-ченному или реально облученному самцу и, наоборот, самец из контрольной группы подсаживался к ложно или реально облученной самке. Уровень фертильности определялся через 10 сут после вылета имаго, как процент особей, способных после спаривания давать потомство. Объемы тестируемых групп, как самцов, так и самок на каждую точку в дозовой зависимости фертильности составили от 50 до 100 особей. Значимость различия указанных зависимостей для самцов и самок определялось по непараметрическому критерию Вилкоксона.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Из результатов проведенных экспериментов следовало, что импульсно-периодическое рентгеновское излучение с частотой повторения импульсов 13 Гц оказывает влияние и на продолжительность жизни имаго дрозофилы, и на фер-тильность.
Воздействие на личинок 2-го возраста сопровождалось высоким уровнем ППР и соответственно очень малым количеством вылетевших имаго. Поэтому оценка продолжительности их жизни после облучения не проводилась из-за малочисленности получаемых выборок. В то же время у имаго дрозофил, облученных на личиночных стадиях 1-го и 3-го возрастов, а также на стадии куколки, объемы выборок были достаточны для определения их продолжительности жизни.
Средняя продолжительность жизни дрозофилы после однократного 5-минутного облучения импульсно-перио-дическим рентгеновским излучением с частотой повторения импульсов 13 Гц на разных стадиях развития. Для средней продолжительности жизни ложнооблученных групп представлены средние квадратические отклонения, рассчитанные по 4 реализациям, соответствующим четырем проанализированным возрастам
Объекты Суммарная доза, Гр Число вылетевших имаго Средняя продолжительность жизни, сут
Контрольная группа 0 296 29.0
Личинки 1 0.06 137 18.3
0.2 106 23.7
Ложнооблученные 0 289 28.6 ± 1.7
Личинки 3 0.06 147 23.0
0.2 116 19.9
Ложнооблученные 0 214 26.0 ± 1.7
Куколки 0.06 126 21.3
0.2 181 24.3
Ложнооблученные 0 249 25.4 ± 1.7
В группах ложного облучения кривые дожития соответствовали имеющимся литературным данным [14]. В частности, на кривых дожития было ярко выраженное плато и участок крутого спада, соответствующий периоду массовой гибели. Максимальная продолжительность жизни у ложнооблученных имаго варьировала в пределах 3848 сут, что также соответствует имеющимся литературным данным [11, 14]. После импульсно-пери-одического радиационного воздействия средние значения продолжительности жизни имаго уменьшались (таблица), однако сделать заключение о
Выживаемость, отн.ед.
Время, сут
Рис. 1. Влияние импульсно-периодического рентг
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.